道路结构损伤全尺度测试评价技术研究

Long-life pavement has raised the new needs for the performance evaluation methods and indexes under complex multi-field coupling loading state, and full process damage evolution mechanism for pavement material and structure from multiscale level..The key element of the research based on multi-field coupling mechanics is the measuring techniques first. The proposed research is aimed at improving the applicability for catching pavement material properties and full process complex changing of the line type project across time and space, to develop a set of pavement structure intelligent damage monitoring system based on distributed and quasi-distributed optical fiber sensing techniques in macroscopic level and material performance fine test and analysis system with the consideration of the microcosmic and mesoscopic characteristics, through the entry points of damage intelligent monitoring of test tracks and the performance evaluation of nano-level cinerite composite modification material. The damage evolution rule will be analyzed based on the damage and environmental field data of each layer and material performance lab test data. The structural mechanics and material models will also be modified based on the test data. Devices, system design plan, and data processing and structural analysis methods will be provided. This research is finally aimed at making a breakthrough from the original theory and practice to realize the new development of the long-life pavement.

长寿命路面的提出，针对路面材料与结构，就多尺度层面，提出了“多场耦合复杂受力状态下的性能评价方法与指标，以及损伤全过程演化机理”，新的客观需求。..基于多场耦合力学深化的上述研究，关键首先在量测技术，而目前测试手段的开发却不足以满足需要。本项目针对道路材料的特性以及作为穿越时空线型工程全过程复杂变化适用性的完善，以试验路损伤智能监测及纳米级火山灰复合改性材料性能评价为切入点，发展一套宏观以分布式、准分布式光纤传感技术为主的道路结构损伤智能监测体系以及结合微、细观特征的材料性能精细化测试分析体系；利用现场实测各结构层损伤及环境数据，结合室内材料性能测试数据，分析损伤演化规律，以实测数据修正结构力学和材料模型；并提供相应的器件与系统设计方案，以及数据处理与结构分析方法；以突破原有的理念与技术，推动长寿命路面的新发展。

长寿命路面的提出，针对路面材料与结构，就多尺度层面，提出了“多场耦合复杂受力状态下的性能评价方法与指标，以及损伤全过程演化机理”，新的客观需求。.基于多场耦合力学深化的上述研究，关键首先在量测技术，而目前测试手段的开发却不足以满足需要。.本项目针对道路材料、结构特性，基于光纤传感等技术，开发了一系列道路结构损伤监测技术。每项技术的开发，都经过传感原理、误差修正等基础理论研究、传感探头的设计开发、实验室性能测试到工程验证等过程。在现场监测、室内实验以及理论计算融合分析相关研究上，通过鹤大高速试验段、江北快速路以及海南大学校内实训中心试验段结合实验室相关实验数据采集，分析环境、荷载等多因素作用对沥青路面结构的影响，以及新型路面结构的服役性能。.以纳米级火山灰复合改性材料性能评价为切入点，利用光纤光栅技术开发了3D沥青混凝土高精度应变测试系统，可以同步测量试件竖向及侧向动态应变。该系统对胶浆材料变形恢复特征以及应力-应变相位差、竖向-横向变形的相位差都可以高精度测得。基于含火山灰填料的沥青混合料的重复加载实验，实验结果显示对每个加载循环变形的测量可实现弹性、粘弹性和塑性变形的分离，并且胶浆在材料抗车辙性能中的变形恢复贡献可以从混合料响应中分离出来，避开了对集料引起的宏观性能变异性的考虑，可给提出定量评价指标。.通过对材料动态加载全过程试件应变数据的提取，提出了沥青混合料粘弹性变形模型，并根据该模型，提出新沥青混合料相位角计算方法；提出分离沥青混合料弹性变形与塑性变形的计算方法，并提出不同温度条件、不同荷载模式下（不同加载频率及间歇时间）的塑性应变比率（归一化变形曲线中不可恢复应变量与最大应变的比值）及对应抗压模量等指标，可用于精确评价沥青胶浆在该温度及荷载条件下的抗车辙能力。这些研究也证明了本项目提出的高精度实验方法在推进力学法在道路设计中的应用所起到的重要作用。