非均布荷载与复杂环境条件下基于流变学的沥青路面永久变形机理研究

材料流变是沥青路面永久变形（车辙病害）的主要原因。路面内的应力分布和沥青混凝土的流变行为极为复杂，有赖于荷载的分布形式和材料本身的流变特性。由于忽略了荷载的非均匀分布特性和路面所处的环境状况，同时缺乏有效的流变表达方法，目前仍然不能可靠地分析沥青路面的变形，因而无法建立环境-荷载-流变-永久变形量的理论计算过程。本研究首先对影响流变场的荷载边界条件进行研究和测量，提出当前交通荷载的非均布特征以及车道分布特性；在非均匀分布荷载边界条件、沥青混凝土非线性本构关系下，提出沥青路面流变矢量场的计算理论。采用位移监控和实际轮载的足尺试验来修正理论结果，进而提出修正因子，并进行影响因素显著性评价。在此基础上，考虑交通量的车道分布对车辙形态的影响，应用已建立的沥青路面流变场计算理论累计路面的永久变形量，揭示车辙的形成机理。该研究对于展现从路面细观结构到宏观流变变形机理，防治路面损坏有重要的理论价值

沥青路面损伤一直是路面工程的核心问题，也是路面设计所针对的对象。近年来，随着交通量和车辆荷载的增长，路面损坏出现了一些新的变化，例如一批非典型损坏的涌现和车辙问题的日趋严重，道路工作者为此开展了大量的研究工作。除了传统的疲劳裂缝、反射裂缝等问题之外，这些研究工作多集中于早期损坏问题上，形成了水损坏等一批新兴研究热点，提出了很多路面病害防治措施，但实践中一些新的非典型路面损坏依然存在。材料流变是沥青路面永久变形（车辙病害）的主要原因。路面内的应力分布和沥青混凝土的流变行为极为复杂，有赖于荷载的分布形式和材料本身的流变特性。由于忽略了荷载的非均匀分布特性和路面所处的环境状况，同时缺乏有效的流变表达方法，目前仍然不能可靠地分析沥青路面的变形，因而无法建立环境-荷载-流变-永久变形量的理论计算过程。.为了探索沥青路面的损伤机理，本课题组开发并引入了行车动水压力、车辆空气动力、车辆荷载动态分布、路面温度分布等一批新型测量技术，以及单轴贯入、车辙仿真计算软件RUT等一批新型试验方法和计算工具，从外部环境与路面材料相互作用的角度出发，对非荷载相关型损坏进行了分析，提出了新的环境与荷载综合作用下的路面水损坏机理。引入连续损伤力学理论和统计细观理论对荷载相关型的疲劳和车辙损坏展开分析，采用实际测量得到的动态荷载分布，针对沥青混合料的时变特性离散化处理不同位置上的变形，以试验方法获取材料塑性变形参数，提出了新的近荷载区域材料流变（车辙）仿真计算方法。