沥青混合料的蠕变与疲劳损伤

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1、学校代码10530学号201510181915分类号U416.217密级硕士学位论文沥青混合料的蠕变与疲劳损伤学位申请人王先镕指导教师罗文波教授学院名称土木工程与力学学院学科专业固体力学研究方向流变学理论与应用二零一八年五月三十日ModelingofcreepandfatiguedamageofasphaltmixtureCandidateWangXianrongSupervisorProf.LuoWenboCollegeCollegeofCivilEngineeringandMechanicsProgramSolidMechanicsSpeci

2、alizationRheologyTheoryandApplicationDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要随着高速公路的迅速发展，沥青混合料作为高等级公路的主要路面材料得到了广泛的应用。越来越多的研究者开始分析研究沥青路面的病害问题，如车辙、开裂、松散、坑洞等，而这些病害问题与沥青混合料在静载与动载下的力学响应息息相关。因此研究沥青混合料的本构模型，分析静载与动载下沥青混合料的力学行为具有重要科学意义与应用价值。本文首先制备出密级配细粒式AC-1

3、3沥青混合料样品，其中沥青选取AH70#普通道路沥青。以分形理论为基础，利用分维数作为级配的度量，根据马歇尔实验的稳定度、空隙率、油石比确定了级配类型——C类中级配以及合适的油石比4.6%。为了研究沥青混合料的静态和动态力学性能，采用MTS809试验机和DTS-30沥青材料多功能试验机对沥青混合料试样进行恒载蠕变和应力控制下的疲劳测试，分析非线性蠕变性能、动态黏弹性性能和疲劳损伤演化规律。主要工作与结论如下：（1）对沥青混合料的蠕变数据进行分析，依其蠕变速率曲线，将蠕变过程分为衰减蠕变阶段与稳态蠕变阶段，且应力越高各阶段的蠕变速率越大；同时，由等

4、时应力-应变曲线可知，沥青混合料的蠕变过程具有明显的非线性特性。（2）基于黏弹性本构理论，采用三参数固体模型、Burgers流体模型对蠕变试验数据进行拟合分析，尽管Burgers模型的拟合结果优于三参数固体模型，但是均不能很好地描述沥青混合料的非线性蠕变过程。基于应变分解理论，在Burgers模型的基础上，对材料的黏性系数进行修正，得到一种修正的黏弹塑性模型，该模型可以很好地再现蠕变过程的两个阶段。论文对修正的黏塑性系数的物理意义也进行了讨论。（3）对沥青混合料进行不同温度下的频率扫描测试，得到温度对动态黏弹特性的影响，通过时间-温度等效原理得到

5、动态存储模量主曲线，进而得到材料松弛模量的Prony级数表达式。基于Schapery伪变量理论，对沥青混合料的循环应力作用下的应变响应进行分析，发现其应力-伪应变曲线消除了应力-应变曲线的滞后特性。应力-伪应变呈线性关系，无损伤情况下，其伪刚度为1kPa，当出现疲劳损伤时，伪刚度随疲劳周次逐渐减小。通过伪刚度的变化定义出损伤，得到了损伤随疲劳周次变化的损伤模型，该模型的损伤预测值与试验结果吻合良好。关键词：沥青混合料；本构模型；非线性；蠕变；疲劳损伤IAbstractWiththerapiddevelopmentofexpressways,asp

6、haltmixturehasbeenwidelyusedasthemainroadmaterialofhigh-gradehighways.Moreandmoreresearchershavebeguntoanalyzethedistressesofasphaltpavement,suchasrutting,cracking,loosening,andpotholes,andthesedistressesarecloselyrelatedtothemechanicalresponseofasphaltmixtureunderstaticloada

7、nddynamicload.Therefore,itisofgreatscientificandpracticalvaluetostudytheconstitutivemodelofasphaltmixtureandanalyzethemechanicalbehaviorofasphaltmixtureunderstaticanddynamicloads.Thedensegradedasphaltmixturesampleswereprepared,inwhichtheAH70#ordinaryroadasphaltareselected.Bas

8、edonthefractaltheory,thefractaldimensionwasusedtomeasurethegradingof