论文摘要
沥青路面常见病害多而复杂，经过长期的实践、探索和研究，并随着施工技术机械化程度的提高，沥青路面早期损害现象有所改善，但沥青路面开裂这一病害仍未能根除。沥青路面的开裂破坏无不与沥青混合料的断裂性能息息相关。沥青混合料的抗裂性能显著影响着沥青路面的寿命、维修和养护成本。 解决路面开裂问题的关键是：要对沥青混合料的内部的破裂过程进行研究，分析其在荷载作用下裂纹的萌生、传播，揭示其扩展机理，分析各设计要素对其寿命的影响。这对于对提高沥青路面结构抗裂性能，优选沥青混合料，改进现有的路面设计方法都是具有十分重要的意义。 然而限于试验手段和研究方法的局限，目前仍然无法实时观测到沥青混合料内部裂纹演化过程，对其断裂破坏机理和裂纹扩展行为仍不清楚。基于此，本文利用SIEMENS SOMATOM plus型X射线螺旋CT机和多功能试验装置，以AC20、SMA16、ATB25混合料为试验研究对象，在单轴应力状态下，进行了沥青混合料压缩破坏全过程的应力应变特性和裂纹演化实时CT动态观测，这将为剖析混合料裂纹演化行为、断裂破坏物理机制，提供重要的理论基础。 本文主要进行了以下一些研究工作并取得了有益的结论： (1)在现有文献和研究成果的基础上，对沥青路面开裂破坏的机理进行了分析。认为沥青混合料的应力应变特性与其内部裂纹的发展过程有着密切联系。通过比较分析认为，沥青混合料裂纹扩展行为的研究应该从细观层次来开展是较合适的，这也为从CT细观尺度来研究混合料中裂纹扩展行为打下了基础。 (2)进行了混合料压缩破坏过程的CT图像和CT数分析。压缩过程试件密度变化最直接的体现就是CT数的变化，通过CT图像，可以清晰地观察到试件内部裂纹的扩展情况，并可由此判断其破坏模式及应变特性。空隙在损伤演化中的作用和影响比较显著，对试件的变形起着控制作用。加载速度影响着混合料内部裂纹的扩展速率和发育程度。加载速率快，试件初期压密程度高，加载速率慢，裂纹发育充分。温度显著影响混合料的极限强度和裂纹扩展行为，在低温条件下，试件裂纹发育缓慢，分叉和次生裂纹现象较少，只是在紧接极限强度阶段才有明显的裂纹扩展，体现了混合料的低温脆性性质。试件破坏时截面全区贯通裂纹数量相对较少。
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中文摘要英文摘要第1章 绪论1.1 研究背景1.2 裂纹扩展的国内外研究现状1.2.1 力学—经验方法1.2.2 疲劳断裂力学方法1.2.3 连续损伤力学方法1.3 裂纹扩展的细观研究1.3.1 细观损伤力学方法1.3.2 细观损伤模型1.3.3 细观试验研究1.4 细观CT实时观测方法评价1.4.1 CT方法的研究现状1.4.2 CT实时观测方法评价1.5 研究内容第2章 沥青混合料破坏过程的理论分析2.1 受混合料影响的路面损坏2.1.1 沥青路面损坏类型2.1.2 沥青路面裂缝类损坏形式2.1.3 沥青路面裂缝形成机理2.2 与沥青路面破坏有关的内部结构2.2.1 沥青混合料设计2.2.2 沥青混合料的结构形式2.2.3 沥青混合料的内部结构2.3 分析沥青混合料破坏机理的基本观点2.4 沥青混合料的应力—应变关系2.5 沥青混合料中裂纹的发展过程2.6 本章小结第3章 沥青混合料单轴压缩破坏过程CT实时观测3.1 CT检测原理与方法3.1.1 CT检测基本原理3.1.2 损伤变量的CT检测方法3.2 试验过程密度变化的数学分析3.2.1 基于CT原理密度变化的数学分析3.2.2 基于虎克定律的密度变化数学分析3.3 单轴压缩沥青混合料实时CT试验3.3.1 试验设备3.3.2 试验材料3.3.3 试验过程3.4 应力应变特性与CT数变化的相关关系3.5 试验条件对CT数变化的影响3.5.1 加载速度对CT数变化的影响3.5.2 温度对CT数变化的影响3.5.3 不同类型级配对CT数变化的影响3.6 本章小结第4章 沥青混合料细观破裂模式研究4.1 裂纹尖端应力状态场4.1.1 固体的宏观强度和理论强度4.1.2 裂纹尖端应力场分布4.1.3 混合料中裂纹扩展分析4.2 裂纹尖端塑性区扩展模型4.3 基于CT技术的破裂模型4.4 CT模型计算4.4.1 空隙率的计算4.4.2 裂纹扩展阈值的确定4.4.3 裂纹长度及扩展速率4.5 本章小结第5章 沥青混合料损伤演化分析5.1 损伤演化细观机理分析5.2 损伤变量5.3 CT试验过程损伤演化方程5.3.1 CT数与体应变关系5.3.2 CT数与损伤变量的关系5.3.3 CT数与损伤演化率的关系5.4 损伤演化分形特征分析5.4.1 分形的基本概念5.4.2 分维及计算方法5.4.3 基于CT图像的损伤分维计算5.5 本章小结结论致谢参考文献攻读博士学位期间发表的论文及科研成果
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