湖南省自科基金申请书之二(修改稿)

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1、附件一（2）项目类别申报学科代码项目编号AE0801湖南省自然科学基金申请书（表二）项目名称:沥青混合料荷载及温度疲劳破坏问题的损伤力学研究湖南省自然科学基金委员会二o0—年制注意：湖南省自然科学基金申请书《表二》所填写全部内容不能出现申请者及项目组成员的姓名和工作单位，否则，将视为形式审查不合格。—、立论依据（包括项目的研究意义、国内外研究现状分析，并附主要参考文献及出处，可加附页）对基础研究，着重结合学科发展趋势，论述项目的科学意义；对应用基础研究，着重结合学科前沿、围绕国民经济和社会发展小的重要科技问题，论述其应用

2、前景。1、项目的研究意义交通运输是国民经济的支柱产业，公路运输在现代整个交通运输体系屮占据着主导地位。公路建设，尤其是高等级公路的建设，为目前国家基础建设投资的重点，成为拉动整个国民经济快速增反的强劲动力。由于沥青路面具有优越的路面使用性能，从而在高等级公路建设中占据主导地位。如目前美国的沥青路面所占比重为94%,俄罗斯为87%,波兰甚至100%⑴。然而沥青路面在行车荷载与温度变化等环境因素综合作用下的疲劳开裂与反射裂缝问题，是沥青路面的主要破坏形式，是目前道路工程尚待解决的重大问题。以往这方面的研究，大多处于试验加统计

3、平均的经验水平，要依赖于进行大量的室内模拟试验与道路足尺试验，因而一项研究往往要耗费大量的时间、人力与费用。目前尚未有一套较完善的理论体系,能对沥青路面疲劳过程中的力学行为进行定量分析与描述。从而也就无法对沥青路面结构的疲劳寿命以及路表弯沉的演变规律进行理论预测，只能依靠经验公式进行预测。如美国沥青协会设计方法（AI法）中釆用的疲劳方程⑵，英国的Pell等人提出的疲劳方程⑶等均为经验公式。我国现行的沥青路面设计规范⑷，前苏联法，以及美国各公路和运输工作者协会法（AASHTO法）问、壳牌法（hell法）⑹等一些沥青路面设计

4、方法，主要以路表冋弹弯沉值、面层底部弯拉应力（应变），与其他一些指标作为沥青路面的主要设计指标。由于理论上存在的困难，目前国内的沥青路面设计规范，还无法直接以疲劳寿命作为设计指标。本研究课题的重要意义在于，首次比较系统的釆用损伤力学的理论与方法研究沥青路面的的破坏问题。针对实际的路面结构建立一套损伤力学模型，用于路面在疲劳破坏与反射裂缝问题中力学行为的动态模拟分析与计算。本课题的研究可望使现行的沥青路面设讣方法在理论上更趋完善，并填补国内外这方面的研究空白。可望将沥青路面的疲劳分析从经验水平提升到固体力学的水平，降低疲劳

5、分析对于实验的依赖程度，节省大量的人力与物力，并由此产生巨大的社会与经济效益。2、国内外的研究概况2、1.沥青路面研究方面目前，国内外对于沥青路面的疲劳分析，基本上还处于经验水平。对于沥青路面的疲劳寿命估算，大多数仍沿用Miner的疲劳积累损伤准则⑺。即应用疲劳破坏等效的原则，将各种轴重的交通荷载，全部等效为一泄作用次数的标准轴在，然后建立累计当量标准轴次与路面厚度之I'可的对应关系，进而提出沥青路面的设计方法间％这种传统的疲劳分析方法存在的主要问题表现在以下儿个方面：%1通过大量的标准吋间的实验结果得出的经验公式，往往

6、无法直接应用于实际的路血结构。即使经多项统计修正以后，相对于千差万别的实际情况，往往难以达到令人满意的结果。%1无法考虑实际的轴载谱，即不同的轴载作用次序的变化对路面疲劳寿命的影响。FranchenriO］与Hopmanfl1］等人曾对Miner的疲劳积累损伤准则用于沥青混合料的有效性进行了研究。研究表明，不同轴重的作用次序对沥青混合料和沥青路面的疲劳寿命有着显著的影响。%1沥青路而的破坏过程实际上是行车荷载与温度变化等因素综合作用下的动态渐进过程，传统的疲劳分析方法无法对这一渐进损坏过程屮的力学行为进行定蚩的描述与分析

7、。市于路面实际轴载谱变化的随机性，温度等环境因素的作用，以及路面破坏实际过程的复杂性，人们一直未能找到合适的理论体系对其进行较为准确地描述。至今为止，尚未见有人突破传统的疲劳破坏等效原则，直接采用真实的轴载谱进行路而损坏渐进动态过程的模拟与分析。至于对路而结构中疲劳裂纹扩展阶段的研究，则校对的采用断裂力学的方法，如文献［⑵等。所采用的数学模型主要是由应力强度因子或守恒积分所控制的各种类型的裂纹扩展速率公式由于近儿十年来断裂力学取得较大的发展，已形成不少较为成熟的分析方法。所以相对而言，目前裂纹扩展阶段的分析水平较裂纹形成

8、阶段，无论在合理性上还是在准确性方而，前者较后者都有着显著的可取Z处。然而在现行的疲劳分析框架内，无论是在力学建模方而，还是在实验数据的采集方面，尽管裂纹形成阶段与裂纹扩展阶段同属于一个连续的过程，但它们却是被当作两个彼此独立的过程来分别加以处理的2）。沥青路面的反射裂缝是沥青路而的主要破坏形式2—。新建公路，若基层