CN105588760B - 一种沥青混合料的单轴贯入方法 - Google Patents
一种沥青混合料的单轴贯入方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105588760B CN105588760B CN201610112421.2A CN201610112421A CN105588760B CN 105588760 B CN105588760 B CN 105588760B CN 201610112421 A CN201610112421 A CN 201610112421A CN 105588760 B CN105588760 B CN 105588760B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- asphalt
- simulation
- test specimen
- mortar
- simulation test
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 title claims abstract description 246
- 230000035515 penetration Effects 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 203
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 154
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 claims abstract description 134
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 49
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了一种沥青混合料的单轴贯入方法，思路为：获取沥青混合料的矿料密度、沥青密度、沥青混合料标准密度及空隙率VV，得到半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，并据此设定圆柱形模拟试件，然后得到所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型和模拟试件中集料的模拟模型，进而得到模拟试件中集料‑沥青砂浆界面的模拟模型，根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型、模拟试件中集料的模拟模型和模拟试件中集料‑沥青砂浆界面的模拟模型，得到成型的沥青混合料模拟试件，并对其进行单轴贯入加载试验，得到单轴贯入压头与模拟试件接触面的应力与应变，绘制所述模拟压头与所述模拟试件接触面的应力‑应变曲线，并据此计算抗剪强度。
Description
技术领域
本发明属于交通土建工程领域，特别涉及一种沥青混合料的单轴贯入方法，适用于准确、便捷地预测荷载作用下沥青混合料抗剪强度。
背景技术
抗剪强度是沥青混合料的重要力学特性，并且抗剪强度的大小直接影响沥青路面抗车辙性能，使得沥青混合料抗剪强度的测试显得尤为重要。目前，现有技术常采用室内单轴贯入试验测试沥青混合料抗剪强度，其基本原理及步骤为：(1)选取室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件，并置于60℃环境箱中4h以上；(2)采用直径为28.5mm的圆形压头作用在室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件表面，并以加载速率为1mm/min加载至该室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件破坏；试验时该室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件的温度为60℃，并要求直径为28.5mm的圆形压头的中心位置与该室内制备高度和直径分别为100mm的沥青混合料圆柱体试件的中心位置重叠；(3)采集单轴贯入量以及相应的应力数值，并据此得到应力值和应变量，进而得到应力-应变曲线，并计算得到抗剪强度值。目前，未见有沥青混合料单轴贯入试验数值方法的报道。
然而，上述沥青混合料室内单轴贯入试验方法，存在如下缺陷：(1) 由于影响沥青混合料抗剪强度的因素较多，若要揭示沥青混合料抗剪强度规律，会使得室内试验的工作量大、且效率低；(2)难以监测荷载作用下沥青混合料的内部物质运移和细观力学特征。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种沥青混合料的单轴贯入方法，该方法不仅能够准确、便捷地预测荷载作用下沥青混合料抗剪强度，并且能够降低沥青混合料力学性能研究与材料优化成本、缩短研究周期。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种沥青混合料的单轴贯入方法，包括以下步骤：
步骤1，确定沥青混合料，且该沥青混合料包含矿料、沥青和集料，进而分别获取沥青混合料标准密度、沥青混合料的空隙率VV及沥青混合料中矿料的密度、沥青的密度，并制作得到沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，然后将所述矿料与所述沥青作为沥青砂浆，并设定沥青混合料模拟试件的空隙率和所述沥青混合料的空隙率VV相等后，获得圆柱形沥青混合料的模拟试件，然后制作得到所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型和所述模拟试件中集料的模拟模型，进而制作得到所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型；
步骤2，将所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型、所述模拟试件中集料的模拟模型和所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型相互进行穿插组合，当组合后得到的模型的空隙率与所述沥青混合料的空隙率VV相同时，再对组合后得到的模型依次进行压实和脱模 处理，进而得到成型的沥青混合料模拟试件；
步骤3，对成型的沥青混合料模拟试件进行单轴贯入加载试验，得到单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量，然后绘制单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力-应变曲线，并据此计算沥青混合料的抗剪强度。
本发明的有益效果：
第一，本发明能够避开重复冗杂的室内试验，并能够快速预测沥青混合料抗剪强度；
第二，本发明能够较为便捷地观察沥青混合料单轴贯入试验过程中试件内部细观变化规律，便于展开沥青混合料细观破坏机理研究；
第三，本发明能够克服试验仪器、材料、经费的限制，具有良好的经济效益与环境效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头示意图；其中，d表示沥青混合料的半封闭矩形模拟试模中的水平墙体长度，D为沥青混合料的单轴贯入压头中的水平墙体长度；
图2是沥青混合料单轴贯入数值试验砂浆与集料颗粒生成示意图；
图3是得到已压实的沥青混合料模拟试件的过程示意图；
图4是已压实的沥青混合料模拟试件进行脱模处理后的结果示意图；
图5是为成型的沥青混合料模拟试件示意图；
图6是沥青混合料单轴贯入数值模拟试验加载过程示意图；
图7是沥青混合料单轴贯入强度曲线图；
图8是榆绥高速公路AC-20沥青混合料单轴贯入实际试验与数值试验结果对比图。
具体实施方式
按照本发明的技术方案，以榆绥高速公路AC-20沥青混合料为例阐述具体实施方式，即本实施例中的沥青混合料为AC-20沥青混合料，所述AC-20 沥青混合料为山西柳林石灰岩碎石和SBS(I-C)改性沥青。
一种沥青混合料的单轴贯入方法，包括以下步骤：
步骤1，确定沥青混合料，且该沥青混合料包含矿料、沥青和集料，进而分别获取沥青混合料标准密度、沥青混合料的空隙率VV及沥青混合料中矿料的密度、沥青的密度，并制作得到沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，然后将所述矿料与所述沥青作为沥青砂浆，并设定沥青混合料模拟试件的空隙率和所述沥青混合料的空隙率VV相等后，获得圆柱形沥青混合料的模拟试件，然后制作得到所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型和所述模拟试件中集料的模拟模型，进而制作得到所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型。
1.1确定沥青混合料，且该沥青混合料包含矿料、沥青和集料，进而分别获取沥青混合料标准密度、沥青混合料的空隙率VV及沥青混合料中矿料的密度、沥青的密度，并制作得到沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头。
具体地，沥青混合料的矿料密度如表1所示，沥青混合料的矿料级配如表2所述，沥青混合料标准密度为0.997g/cm3，集料粒径≤1.18mm的矿料密度为2.720g/cm3，沥青混合料中沥青与矿料质量比的百分数为4.3％，沥青混合料的空隙率为4.1％，沥青混合料的标准密度为2.438g/cm3。
表1
| 集料粒径(mm) | 19～26.5 | 9.5～19 | 4.75～9.5 | 2.36～4.75 | 1.18～2.36 |
| 表观密度(g/cm3) | 2.712 | 2.709 | 2.692 | 2.681 | 2.720 |
表2
参照图1，为沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头示意图；其中，d表示沥青混合料的半封闭矩形模拟试模中的水平墙体长度，D为沥青混合料的单轴贯压头中的水平墙体长度。
将两片高度为H的竖直墙体和一片长度为d的水平墙体组成开口向上的沥青混合料的半封闭矩形模拟试模；本实施例将两片高度为0.1235m的竖直墙体和一片长度为0.1016m的水平墙体组成开口向上的沥青混合料的半封闭矩形模拟试模，d、l'、l分别表示自然数。
将长度大于d的水平墙体与所述半封闭矩形模拟试模底面重合，并始终固定其位置不变，制作得到沥青混合料的模拟试验平台；本实施例将长度大于0.25m的水平墙体与所述半封闭矩形模拟试模底面重合，并始终固定其位置不变，制作得到沥青混合料的模拟试验平台。
在所述半封闭矩形模拟试模竖直上方l处获取一片长度同样为d的水平墙体，制作得到沥青混合料的模拟压头；本实施例在所述半封闭矩形模拟试模竖直上方0.01m处获取一片长度同样为0.1016m的水平墙体，制作得到所述模拟压头。
在所述半封闭矩形模拟试模上方l'处获取一片长度为D(D＜d)的水平墙体，并在所述水平墙体两端分别获取一片竖直墙体，组成沥青混合料的单轴贯入压头；本实施例在所述半封闭矩形模拟试模上方0.02m处获取一片长度为0.038m的水平墙体，并在所述水平墙体两端分别获取一片竖直墙体，组成沥青混合料的单轴贯入压头。
1.2将所述矿料与所述沥青作为沥青砂浆，并设定沥青混合料模拟试件的空隙率和所述沥青混合料的空隙率VV相等后，获得圆柱形沥青混合料的模拟试件，然后制作得到所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型和所述模拟试件中集料的模拟模型。
具体地，将所述矿料与所述沥青作为沥青砂浆，并设定沥青混合料模拟试件的空隙率和所述沥青混合料的空隙率VV相等后，再将粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料与沥青混合料的沥青视作沥青砂浆，计算所述沥青砂浆的二维面积S砂浆，然后根据沥青砂浆模拟试模的二维面积制作得到所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，所述沥青砂浆的二维面积S砂浆的表达式为：
其中，ρ标准表示沥青混合料标准密度，单位为g/cm3；d表示模拟试件直径，单位为m；h表示模拟试件高度，单位为m；VV表示空隙率，单位为％； P≤1.18表示粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料占所述模拟试件的总质量百分率，单位为％；ρ≤1.18表示粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料密度，单位为g/cm3； P沥青表示沥青混合料的沥青占所述模拟试件的总质量百分率，单位为％；ρ沥青表示沥青混合料的沥青密度，单位为g/cm3。
在所述半封闭矩形模拟试模中随机生成直径为0.6mm的砂浆基础颗粒，当生成所述砂浆基础颗粒的总面积达到S砂浆时，停止生成砂浆基础颗粒，具体过程为：
根据沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，将粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料与沥青混合料的沥青视作沥青砂浆，并按照Φ0.1016m×h0.0635m尺寸制备模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型包括：
粒径≤1.18mm沥青混合料的矿料二维映射面积：
0.1016×0.0635×(1-0.041)×0.199×2.438/2.720＝1.104×10-3(m2)；
所述沥青混合料中的沥青二维映射面积：
0.041)×0.041×2.438/0.997＝0.620×10-3(m2)
所述沥青砂浆二维映射面积：
其中，Φ表示沥青混合料试件的直径，h表示沥青混合料试件的高度；
S砂浆表示沥青砂浆的二维面积，单位为m2；ρ标准表示沥青混合料标准密度，单位为g/cm3；d表示模拟试件直径，单位为m；h表示模拟试件高度，单位为m；VV表示空隙率，单位为％；P≤1.18表示粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料占模拟试件总质量的百分率，单位为％；ρ≤1.18表示粒径≤1.18mm的沥青混合料矿料密度，g/cm3；P沥青表示沥青占沥青混合料试件总质量百分率，单位为％；ρ沥青表示沥青混合料中的沥青密度，单位为g/cm3；在所述半封闭矩形模拟试模中随机生成直径为0.6mm的沥青砂浆基础颗粒，当生成所述颗粒总面积达到S砂浆时，停止生成颗粒。
在本实施例中，所述沥青砂浆二维映射面积S砂浆＝1.724×10-3(m2)。
然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径为0.6mm的所述沥青砂浆基础颗粒，当生成所述沥青砂浆基础颗粒的总面积达到1.724×10-3m3时，停止生成所述沥青砂浆基础颗粒。
赋予砂浆模型微力学参数，包括法向刚度kn、切向刚度ks、parallel粘结法向刚度pb_kn、parallel粘结切向刚度pb_ks、parallel粘结法向强度 pb_nstrength、平行粘结切向强度pb_sstrength、parallel粘结半径pb_radius以及摩擦系数μ。微力学参数可通过沥青混合料室内单轴贯入试验结果反算获取；本实施例采用接触刚度模型、parallel粘结模型与滑动模型描述所述沥青混合料的颗粒结构特征和力学特征。其中，所述parallel粘结模型通过parallel 粘结法向刚度pb_kn、parallel粘结切向刚度pb_ks、parallel粘结法向强度 pb_nstrength、parallel粘结切向强度pb_sstrength和parallel粘结半径pb_radius进行定义，所述滑动模型通过摩擦系数μ定义，如表3所示。
表3
1.3根据沥青混合料的空隙率VV和沥青混合料的半封闭矩形模拟试模，计算第i种粒径大于1.18mm集料颗粒的二维面积Si，并根据第i种粒径大于 1.18mm集料颗粒的二维面积Si制作得到所述模拟试件中集料的模拟模型；其中，i∈{1,2,…,K}，K表示粒径大于1.18mm规格的沥青混合料的矿料密度种类总个数。
具体地，第i种粒径大于1.18mm集料二维面积映射面积Si的表达式为：
其中，Pi表示第i种粒径大于1.18mm规格矿料占试件总质量百分率，单位为％；i∈{1,2,…,K}，K表示粒径大于1.18mm规格的沥青混合料的矿料密度种类总个数；ρi表示第i种粒径大于1.18mm规格沥青混合料的矿料密度，单位为g/cm3。
在所述模拟试模中生成颗粒，并使之符合第i种粒径大于1.18mm规格沥青混合料的集料粒径要求，当生成集料颗粒达到第i种粒径大于1.18mm集料二维面积映射面积Si时，停止所述第i种粒径大于1.18mm的集料颗粒生成。
赋予集料颗粒模型微力学参数，包括法向刚度kn、切向刚度ks及摩擦系数μ，所述集料颗粒模型微力学参数可通过沥青混合料室内单轴贯入试验结果反算获取。
参照图2，为沥青混合料单轴贯入数值试验砂浆与集料颗粒生成示意图；本实施例选用四种粒径大于1.18mm的集料颗粒，其主要内容为：
所述19～26.5mm集料二维映射面积 0.0635×(1-0.041)×0.033×2.438/2.712＝0.184×10-3(m2)；然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径介于19～26.5mm之间的集料颗粒，当生成的直径介于19～26.5mm之间的集料颗粒总面积达到0.184×10-3m2时，停止所述 19～26.5mm之间的集料颗粒生成。
根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，计算16～19mm集料二维映射面积 S2，所述16～19mm集料二维映射面积 0.0635×(1-0.041)×0.09×2.438/2.709＝0.501×10-3(m2)；然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径介于16～19mm之间的集料颗粒，当生成的直径介于16～19mm之间的集料颗粒总面积达到0.501×10-3m2时，停止所述 16～19mm之间的集料颗粒生成。
根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，计算13.2～16mm集料二维映射面积S3，所述13.2～16mm集料二维映射面积 0.0635×(1-0.041)×0.126×2.438/2.709＝0.702×10-3(m2)；然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径介于13.2～16mm之间的集料颗粒，当生成的直径介于13.2～16mm之间的集料颗粒总面积达到0.702×10-3m2时，停止所述 13.2～16mm之间的集料颗粒生成。
根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，计算9.5～13.2mm集料二维映射面积S4，所述9.5～13.2mm集料二维映射面积 0.0635×(1-0.041)×0.199×2.438/2.709＝1.108×10-3(m2)；然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径介于9.5～13.2mm之间的集料颗粒，当生成的直径介于9.5～13.2mm之间的集料颗粒总面积达到1.108×10-3m2时，停止所述 9.5～13.2mm之间的集料颗粒生成。
根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，计算4.75～9.5mm集料二维映射面积S5，所述4.75～9.5mm集料二维映射面积 0.0635×(1-0.041)×0.14×2.438/2.692＝0.785×10-3(m2)；然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径介于4.75～9.5mm之间的集料颗粒，当生成的直径介于4.75～9.5mm之间的集料颗粒总面积达到0.785×10-3m2时，停止所述 4.75～9.5mm之间的集料颗粒生成。
根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，计算2.36～4.75mm集料二维映射面积S6，所述2.36～4.75mm集料二维映射面积 0.0635×(1-0.041)×0.082×2.438/2.681＝0.461×10-3(m2)；然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径介于2.36～4.75mm之间的集料颗粒，当生成的直径介于2.36～4.75mm之间的集料颗粒总面积达到0.461×10-3m2时，停止所述2.36～4.75mm之间的集料颗粒生成。
根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型，计算1.18～2.36mm集料二维映射面积S7，所述1.18～2.36mm集料二维映射面积 0.0635×(1-0.041)×0.09×2.438/2.720＝0.499×10-3(m2)；然后，利用二维颗粒流内置命令“ball”持续地生成直径介于4.75～9.5mm之间的集料颗粒，当生成的直径介于4.75～9.5mm之间的集料颗粒总面积达到0.499×10-3m2时，停止所述 1.18～2.36mm之间的集料颗粒生成。
其中，表4为所述法向刚度kn、所述切向刚度ks和所述摩擦系数μ的微力学参数表。
表4
1.4对所述模拟试件中沥青砂浆的模拟试模和所述模拟试件中集料的模拟模型进行描述得到所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型。。
具体地，根据模拟试件中沥青砂浆的模拟模型和模拟试件中集料的模拟模型，并采用parallel粘结模型与滑动模型描述集料-沥青砂浆之间的界面结构特征和力学特征赋予的砂浆模型微力学参数，对模拟试件中的集料-沥青砂浆界面进行模拟，进而得到模拟试件中集料-沥青砂浆界面的微力学参数，然后再根据模拟试件中集料-沥青砂浆界面的微力学参数，获取所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型。
其中，采用parallel粘结模型与滑动模型描述集料-沥青砂浆之间的界面结构特征和力学特征赋予的砂浆模型微力学参数，包括法向刚度kn、切向刚度 ks、parallel粘结法向刚度pb_kn、parallel粘结切向刚度pb_ks、parallel粘结法向强度pb_nstrength、平行粘结切向强度pb_sstrength、parallel粘结半径 pb_radius以及摩擦系数μ。
其中，模拟试件中集料-沥青砂浆界面的微力学参数如表5所示，pb_kn 表示parallel粘结法向刚度，pb_ks表示parallel粘结切向刚度，pb_nstrength 表示parallel粘结法向强度，pb_sstrength表示平行粘结切向强度和pb_radius 表示parallel粘结半径。
表5
步骤2，将所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型、所述模拟试件中集料的模拟模型和所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型相互进行穿插组合，当组合后得到的模型的空隙率与所述沥青混合料的空隙率VV相同时，再对组合后得到的模型依次进行压实和脱模 处理，进而得到成型的沥青混合料模拟试件。
具体地，将所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型、所述模拟试件中集料的模拟模型和所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型相互进行穿插组合，当组合后得到的模型的空隙率与所述沥青混合料的空隙率VV相同时，对所述组合后得到的模型先进行压实，得到已压实的沥青混合料模拟试件，再对已压实的沥青混合料模拟试件进行脱模 处理，得到成型的沥青混合料模拟试件。
参照图3，为得到已压实的沥青混合料模拟试件的过程示意图；对所述沥青混合料的模拟试件进行初步模拟后，利用所述半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头对所述模拟试件进行压实。所述模拟压头以速度v1＝0.001m/s竖直向下推动所述半封闭矩形模拟试模内的集料颗粒，直至所述竖直向下推动中所需的制备运算步数达到N1为止，，进而得到已压实的沥青混合料虚拟试件。
所述竖直向下推动中所需的制备运算步数N1为：
其中，N1表示所述竖直向下推动中所需的制备运算步数，单位为step；L 表示所述模拟压头移动的距离，单位为m；v1表示所述模拟压头的移动速度，单位为m/s；dt表示时间步长，单位为s/step；H表示所述模拟试模的高度，单位为m；h表示所述模拟试件高度，单位为m。
参照图4，为已压实的沥青混合料模拟试件进行脱模处理后的结果示意图；对已压实的沥青混合料模拟试件进行脱模处理，当已压实的沥青混合料模拟试件成型到规定尺寸后，删除模拟压头对应的水平墙体，并以速度 v2＝0.002m/s向上移动所述半封闭矩形模拟试模对应的竖直墙体，直至达到脱模处理需要的脱模运算步数N2为止，所述脱模处理需要的脱模运算步数N2为：
其中，N2单位为step；h表示所述模拟试件高度，单位为m；dt表示时间步长，单位为s/step；v2表示所述模拟试模的竖直墙体移动速度，单位为m/s。
在脱模处理过程中，为耗散模拟沥青混合料试件内部因颗粒重叠产生的应力并模拟沥青混合料实际脱模过程中试件的微量膨胀，采用自定义函数“get_ballance”对集料颗粒间的应力进行耗散，并模拟沥青混合料实际脱模过程中试件的微量膨胀，采用自定义函数“get_ballance”使脱模过程中每计算一步，所有颗粒的动能都清零一次。在所述模拟试件被脱出后，设置所有墙体移动速度为零，继续运行“get_ballance”函数一定步数以保证颗粒间应力充分耗散脱模处理后的模拟试件即为成型的沥青混合料模拟试件，参照图5，为成型的沥青混合料模拟试件示意图。
步骤3，对成型的沥青混合料模拟试件进行单轴贯入加载试验，得到单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量，然后绘制单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力-应变曲线，并据此计算沥青混合料的抗剪强度。
3.1对成型的沥青混合料模拟试件进行单轴贯入加载试验，得到单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量。
具体地，参照图6，为沥青混合料单轴贯入数值模拟试验加载过程示意图；对成型的沥青混合料模拟试件进行单轴贯入加载试验时，单轴贯入压头以固定的速度v＝1.67×10-5m/s向模拟试件表面移动，当所述单轴贯入压头接触成型的沥青混合料模拟试件表面时，则利用二维颗粒流内置命令“history”记录所述单轴贯入压头与所述成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量，并通过“history write”命令将所述应力值与应变量以“txt”形式导出。
在加载过程中，会产生新的集料颗粒之间的接触，而在所述模拟试件生成时采用的“property”命令仅可对已知的接触进行参数赋予。因此，在加载过程中引入“fishcall.fis”文件，并自定义函数“catch_contact_parallel”，以“set fishcall FC_CONT_CREATE catch_contact_parallel”为控制手段，控制新产生的集料颗粒之间接触为parallel粘结接触。
3.2根据单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量，绘制所述单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面之间的应力-应变曲线，并据此计算抗剪强度。
具体地，根据单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量，绘制所述单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面之间的应力-应变曲线，即贯入强度曲线，参照图7，为沥青混合料单轴贯入强度曲线图；其中，取所述贯入强度曲线的破坏拐点值3.0MPa为沥青混合料贯入强度，并将所述沥青混合料贯入强度乘以系数0.339，计算得到抗剪强度为 1.02MPa。
参照图8，为榆绥高速公路AC-20沥青混合料单轴贯入实际试验结果与数值试验结果对比图。由图8可以看出，数值试验结果与实际试验结果基本吻合，从而证明了本发明在预测沥青混合料抗剪强度上的可行性。
综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种沥青混合料的单轴贯入方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定沥青混合料，且该沥青混合料包含矿料、沥青和集料，进而分别获取沥青混合料标准密度、沥青混合料的空隙率VV及沥青混合料中矿料的密度、沥青的密度，并制作得到沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，然后将所述矿料与所述沥青作为沥青砂浆，并设定沥青混合料模拟试件的空隙率和所述沥青混合料的空隙率VV相等后，获得圆柱形沥青混合料的模拟试件，然后制作得到所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型和所述模拟试件中集料的模拟模型，进而制作得到所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型；
步骤2，将所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型、所述模拟试件中集料的模拟模型和所述模拟试件中集料-沥青砂浆界面的模拟模型相互进行穿插组合，当组合后得到的模型的空隙率与所述沥青混合料的空隙率VV相同时，再对组合后得到的模型依次进行压实和脱模处理，进而得到成型的沥青混合料模拟试件；
步骤3，对成型的沥青混合料模拟试件进行单轴贯入加载试验，得到单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力值与应变量，然后绘制单轴贯入压头与成型的沥青混合料模拟试件接触面的应力-应变曲线，并据此计算沥青混合料的抗剪强度。
2.如权利要求1所述的一种沥青混合料的单轴贯入方法，其特征在于，在步骤1中，所述沥青混合料的半封闭矩形模拟试模、模拟试验平台、模拟压头、单轴贯入压头，其制作过程分别为：
将两片高度为H的竖直墙体和一片长度为d的水平墙体组成开口向上的沥青混合料的半封闭矩形模拟试模；
将长度大于d的水平墙体与所述半封闭矩形模拟试模底面重合，并始终固定其位置不变，然后在长度大于d的水平墙体的两端对应获取两片竖直墙体制作得到沥青混合料的模拟试验平台；
将所述半封闭矩形模拟试模竖直上方l处获取一片长度同样为d的水平墙体，制作得到沥青混合料的模拟压头；
在所述半封闭矩形模拟试模上方l′处获取一片长度为D的水平墙体，并在所述水平墙体两端分别获取一片竖直墙体，组成沥青混合料的单轴贯入压头；其中，d、H、l′、l分别表示自然数，l′＞l，D＜d。
3.如权利要求1所述的一种沥青混合料的单轴贯入方法，其特征在于，在步骤1中，所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型和所述模拟试件中集料的模拟模型，其获得过程分别为：
将粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料与沥青混合料的沥青视作沥青砂浆，并根据沥青混合料的矿料密度、沥青混合料的沥青密度、沥青混合料的标准密度和沥青混合料的空隙率VV，计算得到沥青砂浆模拟试模的二维面积S砂浆，并根据沥青砂浆模拟试模的二维面积S砂浆制作得到所述模拟试件中沥青砂浆的模拟模型；
根据沥青混合料的空隙率VV和沥青混合料的半封闭矩形模拟试模，计算第i种粒径大于1.18mm集料颗粒的二维面积Si，并根据第i种粒径大于1.18mm集料颗粒的二维面积Si制作得到所述模拟试件中集料的模拟模型；其中，i∈{1，2，…，K}，K表示粒径大于1.18mm规格的沥青混合料的矿料密度种类总个数。
4.如权利要求3所述的一种沥青混合料的单轴贯入方法，其特征在于，在步骤1中，所述沥青砂浆模拟试模的二维面积S砂浆，其表达式为：
其中，ρ标准表示沥青混合料标准密度，单位为g/cm3；d表示模拟试件直径，单位为m；h表示模拟试件高度，单位为m；VV表示空隙率，单位为％；P≤1.18表示粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料占所述模拟试件的总质量百分率，单位为％；ρ≤1.18表示粒径≤1.18mm的沥青混合料的矿料密度，单位为g/cm3；P沥青表示沥青混合料的沥青占所述模拟试件的总质量百分率，单位为％；ρ沥青表示沥青混合料的沥青密度，单位为g/cm3。
5.如权利要求3所述的一种沥青混合料的单轴贯入方法，其特征在于，在步骤1中，所述第i种粒径大于1.18mm集料颗粒的二维面积Si，其表达式为：
其中，Pi表示第i种粒径大于1.18mm的沥青混合料的矿料占模拟试件的总质量百分率，单位为％；i∈{1，2，…，K}，K表示粒径大于1.18mm规格的沥青混合料的矿料密度种类总个数；ρi表示第i种粒径大于1.18mm的沥青混合料的矿料密度，单位为g/cm3。
6.如权利要求3所述的一种沥青混合料的单轴贯入方法，其特征在于，在步骤2中，所述对组合后得到的模型依次进行压实和脱模 处理，还包括：
对所述组合后得到的模型先进行压实，得到已压实的沥青混合料模拟试件，再对已压实的沥青混合料模拟试件进行脱模 处理，得到成型的沥青混合料模拟试件；其中，在压实过程中，所述模拟压头以速度v1竖直向下推动所述半封闭矩形模拟试模内的集料颗粒，直至所述竖直向下推动的制备运算步数达到N1为止，进而得到已压实的沥青混合料虚拟试件；所述竖直向下推动中所需的制备运算步数N1为：
对已压实的沥青混合料模拟试件进行脱模处理，当已压实的沥青混合料模拟试件成型到设定尺寸后，删除模拟压头对应的水平墙体，并以速度v2移动所述半封闭矩形模拟试模对应的竖直墙体，直至达到脱模处理需要的脱模运算步数N2为止；所述脱模处理需要的脱模运算步数N2为：
其中，N1表示所述竖直向下推动中所需的制备运算步数，单位为step；L表示所述模拟压头移动的距离，单位为m；v1表示所述模拟压头的移动速度，单位为m/s；dt表示时间步长，单位为s/step；H表示所述模拟试模的高度，单位为m；h表示所述模拟试件高度，单位为m；N2单位为step；v2表示所述模拟试模的竖直墙体移动速度，单位为m/s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610112421.2A CN105588760B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 一种沥青混合料的单轴贯入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610112421.2A CN105588760B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 一种沥青混合料的单轴贯入方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105588760A CN105588760A (zh) | 2016-05-18 |
| CN105588760B true CN105588760B (zh) | 2018-10-09 |
Family
ID=55928505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610112421.2A Expired - Fee Related CN105588760B (zh) | 2016-02-29 | 2016-02-29 | 一种沥青混合料的单轴贯入方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105588760B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106370529A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-01 | 江苏中路工程技术研究院有限公司 | 一种沥青混合料的环形直剪试验装置及测试方法 |
| CN107014679B (zh) * | 2017-03-13 | 2019-06-14 | 东南大学 | 一种沥青混合料骨架强度的评价方法 |
| CN108038280B (zh) * | 2017-11-30 | 2021-04-02 | 长安大学 | 一种基于旧沥青路面实际特性的铣刨作业参数优化方法 |
| CN109580349B (zh) * | 2018-12-12 | 2021-06-22 | 中咨公路养护检测技术有限公司 | 一种沥青冷补混合料性能试验装置及试验方法 |
| CN109596423B (zh) * | 2018-12-24 | 2021-03-30 | 长安大学 | 一种基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试方法及系统 |
| CN113791069B (zh) * | 2021-07-26 | 2022-11-04 | 河海大学 | 一种基于方形区域划分的沥青混合料均匀性评价方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4581758B2 (ja) * | 2005-03-11 | 2010-11-17 | 横浜ゴム株式会社 | ゴムと樹脂との複合材料の評価方法 |
| CN103076271A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-05-01 | 哈尔滨工业大学 | 沥青混合料空隙体积提取精度测试方法 |
| CN103218480A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-07-24 | 东南大学 | 一种随机构建沥青混合料多层次结构仿真模型的方法 |
| CN103940666A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-07-23 | 中国矿业大学 | 一种模拟断续裂隙岩石力学特性的细观参数确定方法 |
| CN104596846A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-05-06 | 中国科学院力学研究所 | 一种在金属材料压缩试验中修正弹性模量及应力-应变曲线的方法 |
| CN104899351A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-09-09 | 南京林业大学 | 基于离散元模拟的沥青混合料试件温度场分析方法 |
| CN104961366A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-10-07 | 山东大学 | 一种沥青混合料骨架密实型级配的设计方法 |
| CN105352795A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-02-24 | 华南理工大学 | 基于单轴贯入试验确定沥青路面封层材料影响深度的方法 |
-
2016
- 2016-02-29 CN CN201610112421.2A patent/CN105588760B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4581758B2 (ja) * | 2005-03-11 | 2010-11-17 | 横浜ゴム株式会社 | ゴムと樹脂との複合材料の評価方法 |
| CN103076271A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-05-01 | 哈尔滨工业大学 | 沥青混合料空隙体积提取精度测试方法 |
| CN103218480A (zh) * | 2013-03-20 | 2013-07-24 | 东南大学 | 一种随机构建沥青混合料多层次结构仿真模型的方法 |
| CN103940666A (zh) * | 2014-03-18 | 2014-07-23 | 中国矿业大学 | 一种模拟断续裂隙岩石力学特性的细观参数确定方法 |
| CN104596846A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-05-06 | 中国科学院力学研究所 | 一种在金属材料压缩试验中修正弹性模量及应力-应变曲线的方法 |
| CN104899351A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-09-09 | 南京林业大学 | 基于离散元模拟的沥青混合料试件温度场分析方法 |
| CN104961366A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-10-07 | 山东大学 | 一种沥青混合料骨架密实型级配的设计方法 |
| CN105352795A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-02-24 | 华南理工大学 | 基于单轴贯入试验确定沥青路面封层材料影响深度的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105588760A (zh) | 2016-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105588760B (zh) | 一种沥青混合料的单轴贯入方法 | |
| Qian et al. | Compaction process tracking for asphalt mixture using discrete element method | |
| Han et al. | 2D image analysis method for evaluating coarse aggregate characteristic and distribution in concrete | |
| Hossain et al. | Behavior of a pressure-grouted soil-cement interface in direct shear tests | |
| Chen et al. | DEM simulation of laboratory compaction of asphalt mixtures using an open source code | |
| Cai et al. | Discrete element visco-elastic modelling of a realistic graded asphalt mixture | |
| CN102230870B (zh) | 一种级配碎石cbr数值试验方法 | |
| Hossain et al. | Influence of grouting pressure on the behavior of an unsaturated soil-cement interface | |
| Shrivastava et al. | Shear behaviour of rock joints under CNL and CNS boundary conditions | |
| Chen | Discrete element method (DEM) analyses for hot-mix asphalt (HMA) mixture compaction | |
| Khattak et al. | Imaged-based discrete element modeling of hot mix asphalt mixtures | |
| Di Benedetto et al. | Mechanical testing of bituminous mixtures | |
| Wu et al. | Discrete element modeling of constant strain rate compression tests on idealized asphalt mixture | |
| Cai et al. | Discrete element modelling of uniaxial constant strain rate tests on asphalt mixtures | |
| Yuan et al. | Application of flat-joint contact model for uniaxial compression simulation of large stone porous asphalt Mixes | |
| Han et al. | Study on the effect of hydrated lime content and fineness on asphalt properties | |
| CN109323944A (zh) | 一种土石混合料的回弹模量确定方法 | |
| CN105758724B (zh) | 一种沥青混合料抗压强度的优化方法 | |
| Ghazvinian et al. | Mechanical response of discontinuities of different joint wall contact strengths | |
| Almadwi et al. | Finding an optimal bitumen and natural sand balance for hot mix asphalt concrete in hot and arid regions | |
| Paul et al. | Laboratory investigation of asphalt mixture aging | |
| Liu et al. | Microscopic characteristics of field compaction of asphalt mixture using discrete element method | |
| Mei et al. | A synthetic material to simulate soft rocks and its applications for model studies of socketed piles | |
| CN108982257A (zh) | 一种基于虚拟重复贯入试验的抗剪切疲劳双层沥青混合料级配优化方法 | |
| CN108362715B (zh) | 一种沥青混合料压实过程的矿料迁移参数的测量方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181009 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |