[发明专利]一种水工沥青混凝土数值仿真模型构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用计算机进行混凝土材料力学特性仿真的方法，尤其涉及一种水工沥青混凝土数值仿真模型构建方法，以及一种水工沥青混凝土最优配合比确定方法、水工沥青混凝土施工质量评价方法。 

背景技术

水工沥青混凝土是经人工选配具有一定级配组成的矿料与一定比例的沥青材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料，需要满足水工建筑物的防渗性能，同时需要具有足够的模量与强度，满足水工结构的变形控制与安全要求。水工沥青混凝土依据良好的防渗功能、力学性质及具有竞争力的工程造价，越来越受到国内外水利工程专家的重视。 

沥青混凝土的最优配合比是工程设计中首先需要解决的问题。现阶段，通过室内压缩试验或三轴试验等物理试验手段，推求沥青混凝土模量、强度等基本性能指标，进行比选确定最优配合比，需要依据大量的重复性试验工作，大大增加了试验经费和试验时间。另一方面，现有相关规范中选取配合比时，没有考虑沥青混凝土的抗水力劈裂特性的影响。 

沥青混凝土的试验条件对其力学性质的影响很大。茅坪溪土石坝的研究表明（胡春林,黄廖山,李友华. 土石坝沥青混凝土心墙的变形特性研究[J]. 武汉理工大学学报, 2001, 23(9): 47－49）：成型方法对水工沥青混凝土试件的模量数K值影响很大，在相同试验条件下，静压成型试件最大K值达1152.8，而现场扰动芯样的最大K值仅为210.2；加荷速率对K值的影响也很明显，当剪切速率为0.9mm/min时，K=330；剪切速率为2.0mm/min时，K=908，K值随剪切速率的增大而显著增大。试验温度对沥青混凝土的应力-应变关系参数影响也较大（缑元有,李永乐,肖自龙等. 沥青混凝土应力应变关系试验研究[J].  人民黄河, 2005, 27(5): 59－61），试验温度0℃时的K值比10℃时对应的K值增大2～8倍之多。由此可见，根据室内物理试验测得的沥青混凝土力学参数，由于试验方法、试验条件及量测技术等因素对沥青混凝土力学性质十分敏感，室内物理试验结果的离散性强；而且依据现场钻取芯样的力学性质，与试验室制样的试验成果差异过大，不能准确评估工程原位沥青混凝土的力学性质，难以全面控制现场施工质量。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种能够更准确反映水工沥青混凝土实际物理力学特性的水工沥青混凝土数值仿真模型构建方法，以及一种水工沥青混凝土最优配合比确定方法、水工沥青混凝土施工质量评价方法。 

本发明的水工沥青混凝土数值仿真模型构建方法，包括以下步骤： 

步骤1、制作所需配合比的水工沥青混凝土试样，并实际测量各个水工沥青混凝土试样的应力应变曲线；

步骤2、获取所述水工沥青混凝土试样的内部细观结构，并根据内部细观结构建立所述水工沥青混凝土试样相应的初始数值仿真模型；

步骤3、以步骤1所得到应力应变曲线为目标，利用优化反演方法调整初始数值仿真模型的细观参数，使得利用数值仿真模型计算得到的应力应变曲线与实际测量得到的应力应变曲线相吻合，从而得到该配合比下的水工沥青混凝土数值仿真模型。

本发明的水工沥青混凝土最优配合比确定方法，包括以下步骤： 

步骤1、制作一组不同配合比的水工沥青混凝土试样，并实际测量各个水工沥青混凝土试样的应力应变曲线；

步骤2、分别获取各个水工沥青混凝土试样的内部细观结构，并根据内部细观结构分别建立各个水工沥青混凝土试样相应的初始数值仿真模型；

步骤3、对于每个水工沥青混凝土试样相应的初始数值仿真模型，以步骤1所得到的该试样的应力应变曲线为目标，利用优化反演方法调整初始数值仿真模型的细观参数，使得利用数值仿真模型计算得到的应力应变曲线与实际测量得到的应力应变曲线相吻合，从而得到各配合比下的水工沥青混凝土数值仿真模型；

步骤4、利用各配合比下的水工沥青混凝土数值仿真模型计算各配合比下的水工沥青混凝土的物理力学特性参数，结合实际所需要的物理力学特性参数指标，确定水工沥青混凝土的最优配合比。

本发明的水工沥青混凝土施工质量评价方法，首先实际测量工程现场的水工沥青混凝土的配合比；然后按照以上任一技术方案所述数值仿真模型构建方法，构建该配合比下的水工沥青混凝土数值仿真模型；利用得到的水工沥青混凝土数值仿真模型计算水工沥青混凝土的物理力学特性参数，并与水工沥青混凝土物理力学特性参数的工程设计指标进行比较，从而确定工程现场的水工沥青混凝土施工质量。 

优选地，使用单轴压缩试验或常规三轴试验实际测量水工沥青混凝土试样的应力应变曲线。