[发明专利]一种沥青路面动水冲刷数值试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通土建工程领域，具体涉及一种沥青路面动水冲刷数值试验方法。

背景技术

公路已成为目前主要的交通基础设施。有21个省区市高速公路里程超过1000公里，其中，河南、山东两省突破4000公里，江苏、广东两省突破3000公里。至2005年，美国全国约有260万英里的沥青和混凝土道路，其中大约91％为沥青路面。随着交通量和交通荷载的增加，更多的沥青道路需要建设，但更重要的问题是沥青路面必须保持良好的性能，以保证行车的舒适性和安全性。以往沥青路面的破坏形式主要表现为车辙、低温开裂和疲劳开裂。从20世纪60年代以来，绝大多数与沥青路面有关的研究课题也集中在这三大破坏形式上。但是近年来水损害已引起人们越来越多的关注，已形成世界性范围的问题。

许多研究机构和美国的各州的交通部对水损害关注已久。早在90年代初，已有调查表明美国在34个州观察到水损害对路面的破坏，即使一些降水量很少的州，如Arizona州等，也报道30％-50％的路面破坏与水损害有关。Colorado州交通部2002年的统计表明82％的州交通部和其他联邦机构普遍采用一些措施，比如添加抗剥落剂或石灰，以预防沥青道路水损害的发生，87％的上述机构要求进行水损害试验，并且20％的机构都在进行或者资助水损害方面的研究，比如机理研究，探索新的实验方案，考察、比较实验室结果与实际路面的性能等。由此可见沥青道路的水损害问题已经引起各方面的重视，对其进行研究具有重要的理论和实际意义。

通过数值试验方法研究水损害作用机理国内外已经积累一定成果，Kringos N、T Scarpas等人认为液体进入沥青混合料后，向沥青自身的缝隙和沥青与骨料之间的缝隙中不断浸入，由车载引起的泵吸作用被认为是引起水损害的主要原因，并力图通过有限元方法来实现。Arambula E，Caro S，Masad E等人认为沥青混合料的水损害是由于水分的存在下结构完整性逐渐丧失导致的，为此开发了一简单的试验程序用以测量粗集料中水的扩散系数，确定水的扩散系数是发展数值模拟研究水损害的基础。崔新壮等人基于Biot固结方程，将沥青混和料看作多孔介质，并考虑了它和水体的惯性力及两者之间的耦合作用，对饱水沥青路面进行了快速Lagrange有限差分分析。董泽蛟等基于饱和多孔介质理论，建立动态荷载作用下饱水沥青路面轴对称有限元的瞬态动力分析有限元模型，计算得到饱和沥青路面内部孔隙水压力的时程变化，也分析了不同渗透性、车速和荷载条件下的孔隙水压力变化规律。

之后，许多研究希望通过在路面中埋设测量装置，实测车载下的动水压力，或者通过制作试验装置来模拟车载下饱水沥青路面的受力情况。蒋泽民等人通过压电传感器测量沥青路面动水压力，通过自制的压电传感器和设计的标定与实验方案来分析实时采集的动态压电数据。钱亮等人基于光纤Bragg光栅传感原理设计了一种光纤光栅动水压力传感器，推导了该传感器波长与压力之间的关系式。通过室内标定实验，获得该传感器的压力与光栅波长漂移成良好的线性关系，并埋设于某高速公路路面测量了动水压力。刘朴，凌宏伟通过自制渗压计对沥青路面超孔隙水压力进行测试。王莉，李智，姜旺恒等人提出了气压式动水压力模拟方法，并设计加工了动水冲刷试验系统，为了使沥青混合料的动水冲刷模式与路面实际相符，还设计了定向冲刷模式。

但目前未见细观角度沥青路面孔隙动水中刷数值试验及室内试验的相关研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种沥青路面动水冲刷数值试验方法，可快速、准确的计算沥青路面单个孔隙中沥青混合料在车载作用下动水压力的大小及分布情况，进而分析沥青路面结构水损害破坏机理的规律。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种沥青路面动水冲刷数值试验方法，包括以下步骤：

S1、根据沥青稳定碎石混合料马歇尔试验配合比设计技术标准，制作尺寸为101.6mm×63.5mm，双面击实75次，孔隙率在3％-6％之间的马歇尔试件三个；对马歇尔试件进行CT成像，从表面开始每隔10mm进行一次扫描拍摄，对同一个试件进行了8次拍摄，共提取了24张图片；

S2、由CT图像分析结果，分别建立三角形孔隙，四边形孔隙，六边形孔隙，圆形孔隙四种不同形状的孔隙模型，在相同的车辆荷载作用下，对其孔隙内部的压强分布进行试算，确定采用圆形孔隙模型作为基本模型，从而建立标准模型；