粗集料形態(tài)與瀝青混合料級配組成虛擬力學試驗的基礎方法研究.pdf

1、當前的瀝青混合料級配組成設計基本上仍是沿用傳統(tǒng)的實驗-觀察的現(xiàn)象學經驗方法，應用先進的計算手段、力學分析工具，定量地分析微觀或細觀尺度瀝青混合料的力學特征，對深刻理解瀝青混合料的力學機理與改進瀝青混合料組成設計方法有重要意義。當前研究工作在數(shù)字圖像獲取與處理技術、虛擬力學計算軟件、分形原理等方面得到了迅速發(fā)展，這些技術的發(fā)展已被認為是道路工程界非常有潛力的一些研究發(fā)展方向。 本研究基于數(shù)字圖像技術與分形原理，試圖分析集料形態(tài)及對

2、骨架結構、分布狀況的影響，并作為用虛擬力學試驗驗證級配組成設計的基本方法。在應用數(shù)字圖像技術獲取集料的形態(tài)與分布信息時，將集料顆粒的形態(tài)特征分解為形狀、棱角性、表面紋理等三個層次；并嘗試應用多種方法分析集料形態(tài)與分布特征，為瀝青混合料級配組成虛擬力學試驗積累了基礎方法。本文的主要研究結論： 1、應用手工測量與投影圖像法測量的集料球狀和形狀因子存在很好相關性，且投影圖像法在檢測中間尺度或正交軸尺寸以及最短軸尺寸時更加準確，可以作為

3、瀝青混合料級配設計虛擬力學試驗模型修正的基礎方法。 2、不同石質在生產過程中對形狀特征的影響不顯著，但不同的生產方式對石料的形狀特征影響顯著，在成型過程中壓碎值大的石料斷裂也嚴重；半徑法是檢測集料棱角性最有效的方法；小波法的多分辨率分解是檢測集料表面紋理的非常有效方法，推薦按水平6的能量信號來表現(xiàn)集料的表面紋理特性；集料顆粒的三個形態(tài)特征指標均對瀝青混合料的體積特性有顯著影響，但只有棱角性指標對瀝青混合料穩(wěn)定性有顯著貢獻。3、集

4、料的幾何形狀復雜，分形維數(shù)達1.2以上，用盒計算法可比較穩(wěn)定地分析單個顆粒以及瀝青混合料剖面中顆粒的幾何形狀特性，且集料的分形維數(shù)與用小波法測得的表面紋理指標相關性較好，說明集料顆粒間的接觸方式和當前常用假設與模型相差較大，在虛擬力學試驗中可以使用集料幾何形狀特征同步校核瀝青混合料的實測體積指標與設計指標之間的偏差。 4、在輪胎壓實作用下，瀝青混合料顆粒取向會出現(xiàn)明顯變化，集料顆粒接觸數(shù)量會少量增加，且車轍變形和集料顆粒的取向指

5、標相關性良好，相關系數(shù)比集料接觸數(shù)量更好；說明瀝青混合料骨架形成以后，集料顆粒的取向性比致密性更能體現(xiàn)其穩(wěn)定性，且集料取向指標中的集料顆粒取向矢量級4.75與平均絕對角AAA4.75可作為反映瀝青混合料顆粒穩(wěn)定性的檢驗指標。 5、瀝青混合料級配設計虛擬力學計算結果的大應力路徑分布和Bethe點陣最接近，同時，常用集料顆粒外形與金剛石最接近，其鍵渝滲模型參數(shù)也非常接近(金剛石的鍵渝滲閥值為38.8﹪)，完全可以采用金剛石的鍵渝滲模

6、型來作為CAVF設計方法的數(shù)學理論依據(jù)，即瀝青混合料的鍵渝滲閥值與粗集料的骨架間隙率VCA具有相同的意義。另外，也發(fā)現(xiàn)具有不同形態(tài)特征的石料在不同成型方式下其VCA結果會有差別，因此，瀝青混合料的力學模型可以基于集料形態(tài)特征與成型方式通過粗集料的骨架空隙率VCA與顆粒間接觸方式，如形狀、棱角性、表面紋理、分形維數(shù)等參數(shù)來修正。 6、通過力學計算實例，論證了使用PFC2D軟件進行瀝青混合料級配組成虛擬力學試驗的可行性；在虛擬力學計