沥青路面非显性结构完整性失效特性分析

摘要：

为探明沥青路面服役状态早期性能演变机理,通过定义沥青路面非显性结构完整性的基本内涵,从微细观界面参数性能及亚临界裂纹的混沌演化角度,对沥青路面的非显性失效做出评定.考虑沥青与集料的细观界面过渡区界面厚度D、界面弹性模量E和界面强度F为非显性结构完整性直接参数,进行量纲一化处理,研究直接参数变化对沥青路面衰变的微细观影响.同时以细观尺度裂纹尖端J积分为间接参数,确定衰变加速与裂纹失稳扩展的临界状态.在实际算例分析中,将细观尺度下的沥青混合料简化为粗集料、沥青砂浆和界面组成的三相复合材料参数.基于跨尺度分析机理与主-子模型位移传递方法,建立了宏观-细观有限元模型,考虑500次循环车轴荷载作用时沥青路面局部细观力学响应,选取了 4处细观区域进行研究.初始设定量纲一化后单项参数[D]'与[F]'阈值为20％,[E]'的阈值为10％,超过单项阈值即可对界面性能产生一定影响.并采用相关算例实现了微裂纹萌生和动态演化模拟扩展过程,为非显性结构完整性的间接参数J积分评价提供了前置要素.结果表明:直接参数变化量超限度[ΔZ]'＞15％时,界面将产生非显性失效;即使不考虑直接参数与间接参数耦合作用,单一参数超限度会对直接参数变化量ΔZ失效产生直接影响,ΔZ失效严重度受各项参数叠加影响;断裂韧度Jc与ΔZ呈负相关,当△Z从5.32％增加到28.51％时,相应Jc从1.725下降到0.724 kJ/m2,即随着路面非显性结构失效情况加剧,沥青混合料界面性能下降,其断裂韧度也相应降低.基于双判据准则可以初步揭示直接参数与间接参数的影响效应,进而为沥青路面的非显性结构完整性失效评定提供支撑.该研究可为沥青路面早期失效拐点判定与预防性养护提供参考.

关键词：道路工程;沥青路面;非显性结构完整性;直接参数;间接参数;宏观-细观跨尺度分析

所属期刊栏目：41

分类号：U416.217(道路工程)

资助基金：国家自然科学基金项目51978548

在线出版日期：2021-09-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：11-20