[发明专利]一种沥青混合料三维应变破坏准则模型的计算方法

说明书

本申请公开了一种沥青混合料三维应变破坏准则模型的计算方法，包括进行复杂应力状态下的强度和刚度试验，获取材料的破坏主应力，建立八面体空间中的应力破坏准则模型，以及复杂应力状态下的静态回弹模量计算模型；在此基础上，基于广义胡克定理，通过转换的方法建立了考虑刚度影响的沥青混合料三维应变破坏准则模型。该模型考虑了复杂应力状态对沥青混合料强度、刚度的影响，以及各应变分量之间的协同破坏作用，较之于传统的未考虑刚度变化的破坏准则模型能够更加准确地反映沥青混合料的非线性强度和变形特性，为复杂应力状态下沥青混合料材料参数的合理选取及路面的精细化设计提供了支撑。

技术领域

本发明属于道路工程领域，特别是一种考虑刚度变化的沥青混合料三维应变破坏准则模型的计算方法。

背景技术

在高速公路建设中，由于沥青路面具有良好的行车舒适性和优异的使用性能，以及建设速度快、养护维修简便等优点，国内90％以上高等级公路都采用沥青路面结构形式。但由于车辆荷载增加等原因，使得许多沥青路面在通车不久后就出现了严重的损坏，影响了路面的使用寿命和行车的安全性，同时对公路养护和维修带来了压力，造成较大的经济损失。

在分析沥青路面损坏时，沥青混合料强度与变形特性是研究重点之一。但沥青路面设计多采用单轴压缩条件下的抗压回弹模量作为刚度参数，以一维应力状态的破坏准则作为抗力计算模型，无法客观表征真实路面结构的破坏特征和抗力，导致路面设计失准，进而导致路面结构的早期损坏。因此，开展不同应力状态下沥青混合料模量研究，提出一种模量随应力状态变化的沥青混合料应变空间的计算模型，有利于反映沥青混合料刚度变化与变形破坏的本质特征，更加符合沥青路面的真实工作状态，能为沥青路面材料参数的合理选取以及路面结构按三维复杂应力状态进行设计提供支撑。

在岩土或沥青混凝土领域，拉压模量差异性或刚度变化问题是研究重点之一。例如，中国发明专利CN201710924147公开了一种基于强度指标的路基土回弹模量应力依赖模型确定方法，根据不同围压和偏应力下路基土动态三轴回弹模量及破坏强度试验，建立自变量为偏应力和破坏强度、因变量为动态回弹模量的路基土回弹模量应力依赖模型。该模型采用强度指标及偏应力双参数、通过函数关系表征路基土动态回弹模量，有效避免了已有路基土回弹模量应力依赖模型忽略路基土强度所导致的路面结构计算分析结果不合理的问题。此外，中国发明专利CN201910642381公开了一种考虑拉压模量差异的水泥稳定碎石抗弯拉强度测试方式，该发明依据试验要求制备试件，进行弯曲强度试验，计算考虑剪切作用影响的抗弯拉模量，以此得出考虑拉压模量差异的抗弯拉强度。该方式在传统水泥稳定碎石抗弯拉强度测试方式的基础上，将考虑剪切作用影响的水泥稳定碎石抗弯拉模量和考虑拉压区域模量差异的水泥稳定碎石抗弯拉强度纳入其中，提高了试验结果的精度和可靠度，使之更具科学性。但是，上述专利或方法没有考虑拉压组合复杂应力状态的影响。为此，中国发明专利CN110658086就公开一种考虑拉压模量差异性的沥青路面荷载响应分析方法，该发明基于三维应力状态下材料和结构的破坏准则，以双模量理论为基础，建立了沥青路面结构设计新方法，通过直接拉伸试验和直接压缩试验获取材料的抗拉模量和抗压模量，应用双模量理论的应力应变关系进行结构的力学响应计算，解决了沥青路面结构设计的材料刚度和强度参数具有不唯一性、材料试验时的应力状态与其在路面结构中的应力状态不匹配、沥青路面设计的强度准则不合理等问题。专利CN201710924212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。该方法考虑了材料非线性问题对路面力学计算所带来的影响，使沥青路面结构受力分析更趋合理和完善。