沥青路面黏弹性变形机理与车辙防治技术

内容简介

车辙是沥青路面的一种典型病害，主要源自于沥青混合料的黏弹性变形，而高温、重载和慢速交通显然是加剧路面车辙产生的重要外因。《沥青路面黏弹性变形机理与车辙防治技术》结合试验研究、理论分析和数值模拟等方法，系统研究沥青和沥青混合料的黏弹变形特性，揭示沥青混合料的时间 -温度-应力等效性，阐述重载慢速交通对沥青路面车辙的作用机理，重新认识超载、重载对沥青路面结构的影响，进而提出抗车辙沥青混合料的多层次优化设计方法、灌浆型半柔性路面材料和超大粒径沥青混合料及其组成设计方法，形成有效防治沥青路面车辙的综合技术体系。

目录

目 录
序
前言
第一章 绪论 1
第一节 沥青路面车辙成因及其分布特性? 1
一、沥青路面车辙的成因和影响因素?? 1
二、沥青路面车辙的时间分布特性 5
三、沥青路面车辙的空间分布特性 9
第二节 沥青混合料变形的力学模型和车辙预估? 15
一、沥青混合料变形的试验方法 16
二、沥青混合料变形的经验性模型?? 19
三、沥青混合料变形的黏弹性力学模型 21
四、沥青路面车辙预估方法 29
第三节 沥青路面车辙的防治思路??33
一、沥青路面结构与组合? 33
二、沥青面层材料优化技术 37
三、运营期主动 45
第二章 重载慢速交通下沥青混合料的变形特性 ? 49
第一节 沥青胶浆高温流变特性 49
一、粉胶比对沥青胶浆高温流变特性的影响 49
二、温度对沥青胶浆高温流变特性的影响? 53
三、慢速荷载条件沥青胶浆高温流变特性? 54
第二节 沥青混合料的蠕变变形特性? 57
一、沥青混合料级配选择与试件制备 57
二、蠕变试验方案 58
三、蠕变试验结果分析?? 59
第三节 沥青混合料时间-温度-应力等效性 63
一、时间-温度-应力等效原理? 63
二、时间-温度-应力移位因子的确定? 65
三、蠕变主曲线的确定?? 67
第三章 沥青路面车辙数值分析及其黏弹性变形机理 68
第一节 基于车辙等效温度的沥青路面温度场分析?? 68
一、我国沥青路面结构汇总分析 ? 68
二、基于车辙等效温度的路面温度场 69
第二节 沥青路面车辙分析模型 70
一、几何模型分析 70
二、材料模型分析 72
三、轮胎接地模型和荷载作用时间? 75
第三节 沥青路面车辙模拟结果与分析 78
一、不同工况下路表变形?? 78
二、路面结构层变形分析?? 79
三、沥青面层剪应力和等效蠕变应变分析? 81
四、黏弹性条件下应力响应与荷载作用时间的关系? 83
第四节 行车速度对路面车辙的影响? 85
一、速度对变形的影响 85
二、速度对路面应力分布的影响 ? 85
三、速度对路面蠕变应变的影响 ? 86
第五节 沥青路面车辙敏感性分析?? 86
一、交通参数敏感性分析? 86
二、材料参数值敏感性分析 87
第四章 多轴重载交通作用下爬坡路段沥青路面力学响应分析?? 90
第一节 爬坡路段车辆运行特性与模拟 90
一、重载车辆运行特性分析 90
二、爬坡车辆移动荷载模拟 93
第二节 爬坡路段沥青路面的力学响应 99
一、不同行驶状态路面位移分析 ? 99
二、不同行驶状态路面应力分析 ??100
三、不同行驶状态时间历程变化 ??106
四、移动荷载作用下速度影响规律??108
五、移动荷载作用下水平力系数影响规律??108
第三节 多轴车下路面力学响应数值分析 109
一、多轴车的数值模型与移动模拟??109
二、多轴车下路面力学响应的数值分析 111
第五章 抗车辙沥青混合料的多层次优化设计 117
第一节 沥青胶结料的优化设计??117
一、基于交通条件的沥青等级优选?? 117
二、基于模糊数学综合评判的抗车辙改性剂优选 ?? 118
第二节 细集料填充效应与优化设计方法研究?? 124
一、细集料填充方法研究??124
二、细集料填充效应研究??129
三、细集料填充优化设计方法135
第三节 粗集料骨架效应与优化设计方法研究?? 136
一、粗集料骨架效应均匀试验设计??137
二、粗集料骨架形成体积参数识别??138
三、粗集料骨架稳定性评价?144
四、粗集料骨架优化设计方法149
第四节 多层次优化沥青混合料的性能与路面车辙 150
一、掺加抗车辙剂的中面层混合料设计及其性能研究?150
二、下面层

摘要与插图

第一章 绪论
第一节 沥青路面车辙成因及其分布特性
一、沥青路面车辙的成因和影响因素
1. 沥青路面车辙的成因
沥青路面车辙包括沥青混合料的塑性剪切流动、土基与基层的变形以及一定程度的再压实作用和材料的磨耗等。对于施工过程中压实良好的路面，以及具有良好土基和基层的路面，通常认为车辙是由沥青混合料的压密和剪切变形共同作用的结果，压密的影响主要表现在交通荷载作用的初始阶段，而后期主要表现为塑性剪切变形[1]。
一般认为，沥青混合料是典型的弹黏塑性综合体，在低温小变形范围内接近线弹性体，在高温大变形范围内表现为黏塑性体，而在一般温度范围内则为黏弹性体。其力学特性既不同于传统的弹性固体材料又不同于传统的黏性流体材料，在某些特殊条件下又表现出与弹性固体和黏性流体相似的特征[2]。
为了更明确沥青混合料高温流变中变形的组成，可以进行蠕变恢复试验 [3]，其应力、应变和时间的关系曲线如图 1.1所示，其中， εe为弹性应变，与时间无关，卸载后瞬时恢复； εp为塑性应变，与时间无关，不可恢复； εve为黏弹性应变，与时间有关，随卸载时间的延长而逐渐恢复； εvp为黏塑性应变，与时间有关，不可恢复。通过蠕变恢复试验研究表明，沥青混合料的变形由两部分组成：①可恢复的瞬时弹性变形和黏弹性变形；②不可恢复的黏塑性应变和瞬时塑性变形。其中不可恢复的黏塑性应变和瞬时塑性应变与车辙密切相关。
图 1.1蠕变恢复试验典型的应力、应变和时间的关系曲线
2. 沥青路面车辙的影响因素
沥青路面车辙是在行车荷载反复作用下产生竖向变形的累积，是内在因素和外部条件综合作用的结果，如图 1.2所示。内在因素主要反映在材料本身的性质上，而外部条件主要包括温度和荷载条件。此外，路基、路面基层和路面结构组成及其施工质量也会影响沥青路面的抗车辙性能。
图1.2沥青路面车辙影响因素
3. 沥青路面车辙影响因素的灰关联熵分析
灰关联分析是一种系统分析方法，通过一定数据处理，计算目标值（参考数列）与影响因素（比较数列）的关联度和关联度的排序，寻求影响目标值的主要因素。灰色系统关联度分析由邓聚龙次提出，但是一般灰关联分析在确定灰关联度时，局部点关联测度值控制整个灰关联倾向，并造成信息损失，而灰熵关联度能克服上述不足，评定结果更为准确 [4]。灰关联熵分析步骤如下。
设Y . {(), k . .,} 为参考序列，Y . ykk . .,}
yk 1,2, r {( ), 1,2, r 为比较序列，
00jj
其中 j.1,2, .,n。对每个序列进行初值化处理，即 0()
yk
X00 ry0(1) r （1.1）
.{xkk ( ), .1,2, .,} .{,k.1,2, .,}
()
yk
.{xkk ( ), .1,2, .,} .{ j ,k.1,2, .,}
Xjj ry(1) r （1.2）
j
式中， X0 为初值化处理后的参考序列； Xj为初值化处理后的比较序列。则有
.. ..
0( ) .x k j()
xk
..max max 0() . j
xk ()xk
j . k
. j . k
[(), ()]
rxk x k
. （1.3）
0 j ＝. min min
. .
0() . j()
xk xk
..max max 0() . j()
xk xk
j . k
.
(, )1 rxk xk [ (), ()] （1.4）
rX X ..r
0 j ＝0 jrk.1
式中， 0j( )]为分辨系数，取值为 0～1；rX X(, j) 为序
rxk x k[(), 为灰关联系数；.0列 Xj的一般灰关联度。为避免失真，需保证比较序列始终在参考序列的上方或者下方 [5]，即规定对 j, .1,2, ,n，恒有 x0 k ( )() k. .,
.Xj .()≤或者≥j ，1,2, r
xk 。设Rj.{[ 0(), j()] ,k.1,2, ,} ，则建立灰关联系数分布映射为
rxk xk ..r
rx h x h
ph＝. [00.., j.j .] ， ph.Pj