沥青路面黏弹性损伤断裂分析与高粘性沥青应力吸收层的防裂控制研究

The asphalt pavement cracks have been key problem that perplexed the construction and protect of highway, and asphalt concrete( AC) is viscoelastic, therefore, In this project, based on high visco asphalt stress absorbing layer ,using fracture mechanics, damage mechanics and viscoelastic mechanics, the process and mechanism of the viscoealstic damage and fracture of the AC pavement are researched.Through adding high visco asphalt stress absorbing layer to arrive the aim of retarding the development of cracks in the pavement.The main contents studied in the project are shown as following.The viscoelastic damage and frcture criterion for mixed crack with considering random distribution of aggregate locate will be establised to determine the coordinates of cracking points of AC which will theoretically provide the support for refinement of finite elements in the vicinity of crack-tip to simulate the crack propagation. The method of viscoelastic damage and fracture with considering the influence of inhomogeneities and the nonlinear contact between the layers will be put forward, then the numerical simulation of crack propogation for AC pavement with cracks is analysised. Using theory, test, numerical simulation and paving test road, research on properties of high visco asphalt stress absorbing layer retarding the propagation of crack will be studied. The research of this project can reveal the viscoelastic damage and fracture mechanism of AC, provide the basis for the anti-cracking of the AC and develope a new type of resistance to cracking of asphalt pavement.

沥青路面裂缝一直是困扰公路建设和养护的主要问题，而沥青为黏弹性材料，所以本课题基于高黏性沥青应力吸收层，应用断裂力学、损伤力学和黏弹性力学研究沥青路面的损伤断裂机理、黏弹性损伤演化过程和防裂控制。研究的主要内容有：在考虑骨料随机分布的基础上，创建复合型裂纹的黏弹性损伤断裂判据，进而确定裂纹起裂点坐标，为数值模拟裂缝的黏弹性损伤断裂过程的有限元网格局部加密提供理论支持；在考虑材料非均匀性和层间接触非线性的基础上，拟提出黏弹性损伤断裂分析方法，数值模拟含裂缝沥青路面黏弹性损伤断裂过程；应用理论、数值模拟、室内试验和铺设试验路段相结合的方法，研究高黏性沥青砂应力吸收层抑制沥青路面反射裂缝的效果。本课题的研究可揭示沥青路面的黏弹性损伤断裂机理，为沥青路面的防裂控制提供理论依据，开发新型抗开裂沥青路面。

沥青路面的损伤演化伴随着路面的开裂，沥青路面裂缝一直是困扰公路建设和养护的主要问题。为有效解决沥青路面开裂问题开展如下主要研究：创建复合型裂纹的损伤断裂判据，确定裂纹起裂点坐标，为数值模拟粘弹性损伤断裂提供理论支持；考虑非均匀性和层间接触非线性提出粘弹性损伤断裂分析方法，数值模拟路面粘弹性损伤断裂过程；结合理论、试验和数值模拟，研究高粘性沥青砂应力吸收层抑制反射裂缝的效果。通过上述系列研究得出如下重要结果与关键数据：通过粘弹性损伤理论构建蠕变和松弛损伤本构方程，基于损伤理论与断裂力学确定裂纹扩展准则和扩展模式，创建沥青混凝土粘弹性损伤模型和求解方法。通过含裂缝路面力学模型分析路面结构松弛特性，得到温度和荷载作用下含裂缝沥青混凝土路面的粘弹性损伤演化规律。基于疲劳寿命和松弛损伤演化分析研究路面粘弹性损伤特性，得出采用纤维增强沥青混凝土路面可以改善路面结构力学性能和耐久性，提高其低温抗裂能力；基于ABAQUS进行路面结构层力学响应分析，得到高粘弹性沥青砂应力吸收层复合式路面结构的力学响应规律，证明了道路模型中考虑层间接触的必要性，验证了高粘弹性沥青砂应力吸收层的防裂效果；通过蠕变试验和数值模拟得到广义Maxwell模型的粘弹性参数，基于Burgers模型和损伤机理提出耦合蠕变损伤率与流变临界时间的蠕变损伤模型；通过松弛试验研究粘弹性损伤与断裂破坏机理得出沥青混合料松弛特性规律，基于Boltzmann叠加原理推导出一种较为可靠的松弛模量求解方法；基于可靠度理论和扩展有限元开展应力吸收层防治反射裂缝研究，得到不同贯穿裂缝下应力吸收层的裂缝扩展规律和断裂规律；基于ABAQUS有限元和离散元研究细观尺度下沥青混合料的开裂行为，得到模型参数对开裂结果的影响规律；基于沥青混合料的损伤演化过程，提出较为可靠的疲劳损伤本构方程和疲劳寿命预测方法。本课题可揭示沥青路面损伤断裂机理为其防裂控制提供理论依据，有较强的理论先进性和较好的社会经济效益。