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1、粒状类材料模型研究综述第1期(总第208期)山西交通科技.主月SltANXISCIENCE&TECHNOLOGYOFCOMMUNICATIONSNo.1Feb.粒状类材料模型研究综述张敏,栗振锋,赵队家(1.太原科技大学,山西太原030024;2.山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室,山西太原030006)摘要:对粒状类材料的模型进行了分析比较,并对粒状类材料的各向异性特性对路面结构的影响做了相关总结,为粒状类材料在今后我国公路工程建设中的广泛使用提供了依据.关键词:粒状;材料;模型;各向异性;路面;结构中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:10
2、06-3528(2011)01--0001-030引言20世纪90年代中期,我国公路建设开始广泛关注柔I}生基层沥青路面结构形式,其弹性形变特点良好,水稳定性好,具有良好的抗水损坏和抗开裂的能力,不仅对重交通荷载的适应能力较强,还对延长和提高沥青路面的长期使用性能具有良好的作用.国外很多发达国家采用的主要路面结构形式就是柔性基层沥青路面.2004年以后,柔性基层沥青路面结构开始在我国很多省区得到应用.柔性基层材料是指采用热拌或冷拌沥青混合料,沥青贯人式碎石以及不加任何结合料的粒状类材料铺筑的基层.其中,粒状类材料是指呈颗粒状的松散材料,包括级配碎石,级配砾石,符合级配的天然砂砾,部分砾石
3、经轧制掺配而成的级配碎砾石以及泥结碎石,泥灰结碎石,填隙碎石等基层材料llJ.柔性基层的发展及其应用在我国还处于新阶段,预计以后将成为我国路面基层材料发展的新的研究方向.与柔性基层沥青路面结构设计相关的材料设计参数,力学设计指标以及设计理论都在逐步形成,新的设计方法也在研究试用中.所以,有必要对柔性基层的粒状类材料模型及其对路面结构的影响做出总结,以备今后在公路中的广泛应用.1各向同性粒状材料模型回弹模量是表征粒状类材料强度的指标及设计参数,国内外对粒状类材料的回弹特性进行了研究,结合应力和材料特性来描述荷载作用下粒状类材料的非线性应力应变特性,最基本的各向同性模型包括以下模型.1.1K
4、一型K一0模型是描述粒状类材料基层中非约束集料弹性响应最常见的方法.弹性模量公式如下:,(1)式中:0=-0".+2+,,为体积应力;.,为由对颗粒材料进行重复荷载三轴试验所得的材料回归常数.一模型经常被用来表征非线性应力行为,其模型很简单,但是忽略了剪切应力对弹性模量的影响,且只能表示非常有限的应力范围,因而可能导致错误的结果.1.2体积一剪切模量模型1976年,Boyce做了一系列级配碎石灰石样本的三轴重复载荷试验,发现弹性应变的影响因素有:a)平均正应力;b)偏应力与正压力的比.模型的弹性行为由割线体积弹性模量()和割线剪切弹性模量(G)得到,这是应力的功能指标.1980年,Boy
5、ee提出各向同性模量的应力应变增量公式:,(1-埘,(2)l~(q/p)G=G.,(3)式中:K.,Ci分别为体积模量和剪切模量的初始值;是比1小的模型常数;卢:(1—Ki,(6GJ,g为偏应力.收稿日期:2010—09—16:修回日期:2010—10—12作者简介:张敏(1984一),女,山西吕梁人,太原科技大学应用与科学学院工程力学专业在读硕士研究生;栗振锋(1968一),男,山西阳城人,副教授,工学博士,1991年毕业于同济大学公路与城市道路专业;赵队家(1959一),男,山西应县人,教授,工学博士,2005年毕业于同济大学道路与铁道工程专业.山西交通科技2011年第1期方程(2)
6、和(3),也称为K—G模型,满足麦克斯韦尔的互易性定理,Boyce在预测粒状类材料的弹性模量时,利用K—G模型对应力进行了合理的预测.该定理指出应力势函数的二阶偏导数与体积和偏应力分量无关.另外,应变不变量(体积和偏应力)与平均正应力p和偏应力q有关,公式如下:=()P[1-fl(q/p)】,(4)I1"=I亩(q/P),(5)此外,还有一些改进的各向同性模型,轮廓模型,改进的K—G的模型,ThoHI模型都是对K—G模型的改进;Uzan模型,八面体剪应力模型,伊塔尼模型,Crockford模型是对K—G模型的改进.1.3UTEP~型1991年,EIPaso提出了非约束集料特性的过参化弹
7、性响应UTEr~型,该模型使用体积应力和重复荷载三轴试验所得的诱导弹性轴向应变来预测弹性模型,如下:,怡a),(6)式中:l+—3=(d+3,即体积应力;诱导弹性轴向应变;,,为多元回归常数.在UTEP~型中,O'd,是预测变量,而在Uzan模型中只有应力偏量是预测变量.UTEP~型过参化是由于计算弹性模量的过程中含有外加偏应力0.d与轴向应变的比值.1993年Alba指出与其他模型相比,UTEP~型为大量实验数据提供了最优的统计曲
