[发明专利]一种基于三维应变破坏准则的沥青路面荷载校核方法

说明书

本发明涉及一种基于三维应变破坏准则的沥青路面荷载校核方法，所述方法基于沥青混合料三轴试验系统及方法对空心圆柱体混合料试件进行平面等压/轴向压缩，平面等压/轴向拉伸，平面拉压/轴向拉伸试验得到沥青混合料多轴强度试验结果，通过广义胡克定理将建立的三维应力破坏准则模型转换为三维应变破坏准则模型，利用三维应变破坏准则对复杂应力状态下典型高等级沥青路面进行荷载校核，以准确预测破坏源的具体位置，该方法克服了现有沥青路面设计采用一维破坏准则与实际应力应变状态不对应的问题，为沥青路面结构按复杂应力状态进行设计提供了支撑。

技术领域

本申请属于道路工程领域，涉及一种基于三维应变破坏准则的沥青路面荷载校核方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和交通量的不断增大，对道路性能的要求越来越高，沥青路面作为我国高等级公路的主要形式，因行车舒适性好、施工周期短、便于养护而被广泛应用。然而，部分沥青路面未达到使用寿命便出现了不同程度的早期破坏，除了施工质量、超载和重载、沥青混合料设计不合理等原因外，路面结构设计不合理有着重要的影响。在上述因素的综合作用下，最终导致路面在轮载作用下荷载响应超过结构抗力引起了一系列的损坏。

目前，我国2017版沥青路面设计规范采用最大拉应变作为沥青层的设计指标，而真实路面结构是处在一种三维复杂应力状态。因此，采用一维最大拉应变破坏准则无法考虑各因素之间的联合破坏作用，有可能导致路面设计失准。显然，采用三维应变破坏准则分析沥青路面的抗力，对应了路面的复杂应力应变状态，更有利于反映路面破坏的本质特征；通过三维应变破坏准则进行强度校核及设计，从而判断沥青面层可能的破坏源，能够提升沥青路面设计的精细化水平。

在以往的研究中，对沥青混合料和沥青路面的强度校核多采用简单应力状态的最大拉应力或拉应变准则；针对复杂应力状态下的路面强度校核较少。中国发明专利CN109580360A公开了一种简单应力状态下沥青路面强度校核方法，通过利用多功能材料试验系统(MTS-Landmark)对试件进行不同加载速率条件下的劈裂强度和疲劳试验，基于速度相关应力比建立了不同加载速率条件下沥青混合料的劈裂疲劳性能预测模型，发现利用速度相关应力比思想可以使得沥青混合料强度失效和疲劳失效问题得到统一，推导出沥青路面抗拉强度结构系数，建立了考虑加载速率影响的沥青路面疲劳强度校核新方法。专利CN104749041公开了一种沥青路面强度校核方法，所述方法基于沥青混合料三轴试验系统及方法进行平面等压/轴向压缩、平面等压/轴向拉伸、平面受压/轴向压缩、平面拉压/轴向压缩、平面拉压/轴向拉伸和平面不等压/轴向压缩试验，得到沥青混合料多轴强度试验结果，根据复杂应力状态下沥青混合料破坏准则进行沥青路面强度校核的新方法。但这种方法只运用应力进行校核，没有考虑应变的破坏作用，与现行的规范不对应。专利CN104462843公开了一种高模量沥青混合料路面疲劳寿命预测方法，以高模量沥青混合料路面的结构温度分布、路面材料动态模量和温度轴载分布为基本参数；以间接拉伸疲劳试验结果拟合疲劳应变方程采用ANSYS软件构建路面结构有限元模型，计算不同轴载等级和不同温度区的层底最大拉应变；根据Miner的疲劳累积损伤法则，利用公式计算得到不同轴载和不同温度的高模量沥青混合料的疲劳累积损伤结果。专利CN106682255公开了一种沥青路面结构设计应力响应的跨尺度分析方法，该方法包括以下步骤：根据实际结构和荷载参数建立路面的三维整体宏观模型，获得各层应力响应及切割边界位移；建立路面二维宏观和细观尺度子模型，分析得出宏观及细观尺度子模型的应力响应；最后将三维整体宏观模型的应力响应与二维宏观和细观尺度子模型进行对比。专利CN107764644公开一种基于路面材料应力和应变依赖模型的沥青路面结构分析当量方法，根据拟分析的沥青路面结构形式和材料类型，确定各层厚度、泊松比和路面材料模量应力(应变)依赖模型，采用路面材料模量应力(应变)依赖模型表征沥青路面结构各层模量，结合计算荷载和层间结合条件建立计算分析体系，以沥青路面结构各层受力最不利点位作为当量计算点，通过迭代计算获得各结构层的最终模量，在此基础上根据弹性层状体系理论计算沥青路面结构内部任意一点的应力、应变和位移。