CN111882189B - 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法 - Google Patents

一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111882189B
CN111882189B CN202010687904.1A CN202010687904A CN111882189B CN 111882189 B CN111882189 B CN 111882189B CN 202010687904 A CN202010687904 A CN 202010687904A CN 111882189 B CN111882189 B CN 111882189B
Authority
CN
China
Prior art keywords
asphalt pavement
parameter
structural integrity
asphalt
pavement
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.)
Active
Application number
CN202010687904.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111882189A (zh
Inventor
付军
李忠杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN202010687904.1A priority Critical patent/CN111882189B/zh
Publication of CN111882189A publication Critical patent/CN111882189A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111882189B publication Critical patent/CN111882189B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/06Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0639Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
    • G06Q10/06393Score-carding, benchmarking or key performance indicator [KPI] analysis
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/20Administration of product repair or maintenance

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Road Repair (AREA)

Abstract

一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法,建立沥青路面非显性结构完整性评定直接参数Zi,对Zi失效进行评定,建立沥青路面非显性结构完整性评定间接参数Jj积分,对Jj失效进行评定,联合直接参数Zi和间接参数Jj积分建立基于双判据准则的沥青路面非显性结构完整性评定模型。本发明方法适用于多种工况下的沥青路面,可在早期对沥青路面的非显性结构完整性做出快速评定。本发明沥青路面非显性结构完整性评估方法与现有基于表面结构完整性评估方法相比,具有可预见性,可以提前预测路面的病害状况。在路面还未出现裂缝,车辙、坑槽等病害时,即可在沥青路面服役性能演变的早期关键节点进行预防与合理养护,延长路面使用寿命。

Description

一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法
技术领域
本发明涉及公路路面服役性能评估方法,尤其涉及一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法。
背景技术
沥青路面因其噪音低、行驶舒适性高及优异的服役性能等优点,我国近80%公路及城市路面采用沥青材料进行铺设。然而,在交通荷载和环境因素的共同作用下,沥青路面经常在早期出现大量不同程度的开裂现象。对沥青路面而言,其服役性能演变与累积损伤的过程可视为结构完整性发生变化的过程。在服役期间,沥青路面(以沥青混合料层为例)难免会存在或者出现一些微细观缺陷(如界面性能衰减、亚临界裂纹等),由于环境和荷载作用而引发早期非显性结构完整性变化乃至失效,通常具有隐蔽性,肉眼或者宏观表征难以准确界定。非显性结构完整性失效意味着服役性能临界状态的突破,此时衰变开始加速,对沥青路面服役可靠性影响凸显。
因此,如何界定、合理评估沥青路面的早期非显性结构完整性,通过科学、快速合理的检测手段对现有的设计体系下的路面结构和发生的病害进行早期检测,探索其在“结构”与“材料”多尺度耦合下的早期损害机理,预测其动态演变趋势;为管理者提供一个及时有效的养护措施,帮助实现沥青路面服役性能演变的早期关键节点预防与合理养护,对增加沥青路面服役可靠性意义重大,可延长沥青路面的使用期限,为沥青路面服役性能评估与合理养护策略提供理论参考。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出沥青路面的非显性结构完整性评估方法,具体技术方案为:
一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)建立沥青路面非显性结构完整性评定直接参数Zi
(2)对沥青路面非显性结构完整性直接参数Zi失效进行评定;
(3)建立沥青路面非显性结构完整性评定间接参数Jj积分;
(4)对沥青路面非显性结构完整性间接参数Jj积分失效进行评定;
(5)联合直接参数Zi和间接参数Jj积分建立基于双判据准则的沥青路面非显性结构完整性评定模型。
进一步地,在所述步骤(1)中,拟合所述直接参数
Figure GDA0003656655410000021
及直接参数变化量
Figure GDA0003656655410000022
并以纳米压痕测试联合电镜扫描技术进行相关试验;其中,关联参数为沥青混合料中沥青与集料界面间的界面厚度D、界面弹性模量E和界面强度F。
进一步地,在所述步骤(2)中,建立微细观界面应力参数σ(Zi),当σ(Zi)>>F时,判定沥青路面存在界面脆性开裂,产生微裂纹,发生第一类失效,其判定准则为第一类失效准则。
进一步地,当ΔZi≥[Zi]时,判定发生第一类失效;当ΔZi<[Zi]时,判定沥青混合料微细观界面性能基本稳定,对沥青路面的非显性结构完整性影响不大;其中,[Zi]为直接参数门限值。
进一步地,在所述步骤(3)中,结合有限元软件ABAQUS模拟沥青混料开裂,以能量的观点分析沥青混合料的亚临界裂纹扩展过程中相关参数的改变,求解多组数据Jj积分,并与试验所得的沥青混料的断裂韧度参数进行对比验证。
进一步地,在所述步骤(4)中,通过试验可确定断裂韧度Jc,当围绕裂纹尖端的Jj>[Jc]时,判定沥青路面产生的亚临界裂纹开始失稳,并快速扩展,发生第二类失效,其判定准则为第二类失效准则;其中,[Jc]为间接参数门限值。
进一步地,在所述步骤(5)中,按直接参数变化量ΔZi和间接参数Jj积分对总结构超限度的影响权重比,建立广义结构超限度K(t),根据沥青路面缺陷区域的几何参数、强度水平和材料性能,以ΔZi、Jj积分的超限度和K(t)小于规定值作为双判据,判定沥青路面非显性结构的完整性。
有益效果:
(1)本发明方法适用于多种工况下的沥青路面,可在早期对沥青路面的非显性结构完整性做出快速评定。
(2)本发明提供的沥青路面非显性结构完整性评估方法与现有基于表面结构完整性评估方法相比,具有可预见性,可以提前预测路面的病害状况。在路面还未出现裂缝,车辙、坑槽等病害时,即可在沥青路面服役性能演变的早期关键节点进行预防与合理养护,延长路面使用寿命。
(3)本发明提供的双判据评定模式公式可以作为《公路技术状况评定标准》的完善和补充。
附图说明
图1为本发明评估方法流程图。
图2为本发明沥青混合料界面区示意图。
图3为本发明沥青路面非显性结构完整性的双判据评定模式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述:
如图1-3所示,一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法,从沥青混合料微细观界面参数性能与亚临界裂纹的混沌演化角度探讨其非显性结构完整性,包括以下步骤:
(1)建立沥青路面非显性结构完整性评定直接参数Zi
(2)对沥青路面非显性结构完整性直接参数Zi失效进行评定;
(3)建立沥青路面非显性结构完整性评定间接参数Jj积分;
(4)对沥青路面非显性结构完整性间接参数Jj积分失效进行评定;
(5)联合直接参数Zi和间接参数Jj积分建立基于双判据准则的沥青路面非显性结构完整性评定模型。
在所述步骤(1)中,建立沥青路面非显性结构完整性评定直接参数Zi
具体地,以纳米压痕测试联合电镜扫描技术进行相关试验,测试微细观层次的沥青、集料和界面相的压痕模量与纤维硬度,建立拟合所述直接参数
Figure GDA0003656655410000031
式中:D—界面厚度;
E—界面弹性模量;
F—界面强度。
当直接参数发生改变时,直接参数变化量为
Figure GDA0003656655410000032
式中:ΔD—界面厚度变化量;
ΔE—界面弹性模量变化量;
ΔF—界面强度变化量。
本实施例中,根据相关研究文献,假定沥青与集料界面厚度D为0.05mm,界面弹性模量E为10000MPa,界面强度F为0.83Mpa,计算拟合ΔZi。沥青路面在服役过程中性能衰减或有潜在微观损伤,则D、E、F参数值会发生改变,该变化值亦可通过试验及模拟得到;联合上述纳米压痕联合试验数据,模拟生成10组数据ΔZi(i=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10),具体数据见表1。
在所述步骤(2)中,对沥青路面非显性结构完整性直接参数Zi失效进行评定。
具体地,建立微细观界面应力参数σ(Zi),当σ(Zi)>>F时,判定沥青路面存在界面脆性开裂,微裂纹开始萌生,发生第一类失效,将其判定准则为第一类失效准则。
基于以上失效假设,以概率模型的形式建立沥青路面界面直接参数损伤失效判据准则。当ΔZi≥[Zi]时,判定发生第一类失效;当ΔZi<[Zi]时,判定沥青混合料微细观界面性能基本稳定,对沥青路面的非显性结构完整性影响不大;其中,[Zi]为直接参数门限值,可根据试验与计算求得。
本实施例中,根据研究文献及工程经验,假定直接参数变化量门限值[ΔZi]为0.8,若直接参数变化量ΔZi超出门限值[ΔZi]的20%时,界面将失效。即:
Figure GDA0003656655410000041
式中,[ΔZi]′为数值处理后的直接参数变化量的超限度。关于沥青路面非显性结构完整性直接参数失效情况如下表1所示。
表1沥青路面非显性结构完整性直接参数失效情况
Figure GDA0003656655410000042
在所述步骤(3)中,建立沥青路面非显性结构完整性评定间接参数Jj积分。
沥青混合料具有独特的弹塑性特性,其开裂通常具有多条裂纹,其混沌演化复杂多变,几何参数难以精确表征其弹塑性失稳区间。基于弹塑性断裂力学的J积分思路,以能量的观点分析沥青混合料的亚临界裂纹扩展过程。
通过步骤(1)中纳米压痕联合电镜扫描技术试验,结合有限元软件ABAQUS模拟沥青混料开裂,改变相关参数,求解10组数据Jj积分(j=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10),具体,数据见表2。
在所述步骤(4)中,对沥青路面非显性结构完整性间接参数Jj积分失效进行评定。
由压痕试验的载荷深度曲线可以确定沥青—集料的断裂应变、屈服强度、弹性模量和泊松比,由压痕试验所测的回弹能力来确定开裂弹塑性区尺寸,由断裂延伸率理论,运用均匀应变来表示断裂应变。由试验计算确定断裂韧度Jc
Figure GDA0003656655410000051
式中:rc—弹塑性区尺寸;
σR—流动应变;
ef—断裂应变;
E—界面弹性模型;
v—泊松比,取0.3。
其中:To=f(UR),ef=f(au),则:
Figure GDA0003656655410000052
式中:UR—回弹能力;
εu—均匀应变。
当围绕裂纹尖端的Jj>[Jc]时,认为沥青路面产生亚临界裂纹开始失稳,然后快速扩展,发生第二类失效,其判定准则为第二类失效准则;其中,[Jc]为直接参数门限值。基于以上失效假设,以概率模型的形式建立沥青路面界面损伤间接参数失效判据准则。
本实施例中,根据研究文献及工程经验,假定间接参数门限值[Jc]取值3.5kJ/m2,若间接参数Jj积分超出门限值[Jc]的20%时,界面将失效。
Figure GDA0003656655410000053
上述[Jj]′为数值处理后的间接参数的超限度。关于沥青路面非显性结构完间接直接参数失效情况如下表2所示。
表2沥青路面非显性结构完间接直接参数失效情况
Figure GDA0003656655410000054
Figure GDA0003656655410000061
在所述步骤(4)中,联合直接参数Zi和间接参数Jj积分建立基于双判据准则的沥青路面非显性结构完整性评定模型。
按直接参数变化量ΔZi和间接参数Jj积分对总结构超限度的影响权重比,建立广义结构超限度K(t),综合考虑沥青路面缺陷区域的几何参数、强度水平和材料性能,以ΔZi、Jj积分的超限度和K(t)小于规定值作为双判据,判定沥青路面非显性结构的完整性。随着加载时间历程变化,预测缺陷区域非显性结构完整性的发展变化,为沥青路面服役性能演变提供参考依据。如图3所示,直接参数Zi和间接参数Jj积分的范围取值均不能超限,否则即判定为发生非显性结构完整性破坏,即沥青路面存在非安全区。
本实施例中,根据研究文献及工程经验,假定直接参数变化量ΔZi和间接参数Jj积分对总结构超限度具有的影响权重比为7:3,即将广义结构超限度K(t)表示如下:
Figure GDA0003656655410000062
若广义结构超限度>20%,则认为界面将损伤失效。其广义结构超限度处理如下表3:
表3沥青路面非显性结构完联合失效情况
Figure GDA0003656655410000063
Figure GDA0003656655410000071
只有同时满足直接参数变化量的超限度[ΔZi]′和间接参数的超限度[Jj]′均小于20%,且广义结构超限度K(t)小于20%时,界面才没有损伤失效。随机抽样总数为N,而[ΔZi]′、[Jj]′小于20%且广义结构超限度K(t)小于20%的次数为n,综合上述判定,本实施例中的界面损伤失效概率为30%。

Claims (2)

1.一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)建立沥青路面非显性结构完整性评定直接参数Zi
(2)对沥青路面非显性结构完整性直接参数Zi失效进行评定;
(3)建立沥青路面非显性结构完整性评定间接参数Jj积分;
(4)对沥青路面非显性结构完整性间接参数Jj积分失效进行评定;
(5)联合直接参数Zi和间接参数Jj积分建立基于双判据准则的沥青路面非显性结构完整性评定模型;
在所述步骤(1)中,拟合所述直接参数
Figure FDA0003666357280000011
及直接参数变化量
Figure FDA0003666357280000012
并以纳米压痕测试联合电镜扫描技术进行相关试验;其中,关联参数为沥青混合料中沥青与集料界面间的界面厚度D、界面弹性模量E和界面强度F;
在所述步骤(2)中,建立微细观界面应力参数σ(Zi),当σ(Zi)>>F时,判定沥青路面存在界面脆性开裂,产生微裂纹,发生第一类失效,其判定准则为第一类失效准则;
在所述步骤(3)中,结合有限元软件ABAQUS模拟沥青混料开裂,以能量的观点分析沥青混合料的亚临界裂纹扩展过程中界面厚度、界面弹性模量和界面强度相关参数的改变,求解10组数据Jj积分,并与试验所得的沥青混料的断裂韧度Jc进行对比验证;
在所述步骤(4)中,通过试验可确定断裂韧度Jc,当围绕裂纹尖端的Jj>[Jc]时,判定沥青路面产生的亚临界裂纹开始失稳,并快速扩展,发生第二类失效,其判定准则为第二类失效准则;其中,[Jc]为间接参数门限值;
在所述步骤(5)中,按直接参数变化量ΔZi和间接参数Jj积分对总结构超限度的影响权重比,建立广义结构超限度K(t),根据沥青路面缺陷区域的几何参数、强度水平和材料性能,以ΔZi、Jj积分的超限度和广义结构超限度K(t)小于规定值作为双判据,判定沥青路面非显性结构的完整性。
2.根据权利要求1所述的一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法,其特征在于,当ΔZi≥[Zi]时,判定发生第一类失效;当ΔZi<[Zi]时,判定沥青混合料微细观界面性能基本稳定,对沥青路面的非显性结构完整性影响不大;其中,[Zi]为直接参数门限值。
CN202010687904.1A 2020-07-16 2020-07-16 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法 Active CN111882189B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010687904.1A CN111882189B (zh) 2020-07-16 2020-07-16 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010687904.1A CN111882189B (zh) 2020-07-16 2020-07-16 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111882189A CN111882189A (zh) 2020-11-03
CN111882189B true CN111882189B (zh) 2022-07-05

Family

ID=73155497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010687904.1A Active CN111882189B (zh) 2020-07-16 2020-07-16 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111882189B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112686510B (zh) * 2020-12-22 2024-01-23 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种沥青路面结构性能评价方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102331249A (zh) * 2011-06-13 2012-01-25 重庆交通大学 沥青路面永久变形评估方法
CN110189046A (zh) * 2019-06-04 2019-08-30 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种沥青路面结构内部病害评价方法
CN111062648A (zh) * 2019-12-31 2020-04-24 长安大学 一种沥青路面综合性能的评价方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006126617A1 (ja) * 2005-05-24 2006-11-30 National University Corporation Hokkaido University 損傷評価装置および損傷評価方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102331249A (zh) * 2011-06-13 2012-01-25 重庆交通大学 沥青路面永久变形评估方法
CN110189046A (zh) * 2019-06-04 2019-08-30 江苏中路工程技术研究院有限公司 一种沥青路面结构内部病害评价方法
CN111062648A (zh) * 2019-12-31 2020-04-24 长安大学 一种沥青路面综合性能的评价方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Structural assessment of asphalt pavement condition using backcalculated modulus and field data;Hao Wang等;《Construction and Building Materials》;20190330;第211卷;943-951 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111882189A (zh) 2020-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Numerical analysis of slope stability based on the gravity increase method
Imaninasab et al. Rutting performance of rubberized porous asphalt using Finite Element Method (FEM)
Cheng et al. Fatigue characteristics of in-service cold recycling mixture with asphalt emulsion and HMA mixture
Li et al. Spatial variability and stochastic strength prediction of unreinforced masonry walls in vertical bending
Rahman et al. Fatigue performance of interface bonding between asphalt pavement layers using four-point shear test set-up
CN111882189B (zh) 一种沥青路面的非显性结构完整性评估方法
Siddharthan et al. Validation of a pavement response model using full-scale field tests
Zaumanis et al. 100% recycled high-modulus asphalt concrete mixture design and validation using vehicle simulator
Chen et al. Crack propagation prediction of asphalt pavement after maintenance as a function of initial cracks distribution
Uzarowski The development of asphalt mix creep parameters and finite element modeling of asphalt rutting
Yang et al. Study of mixed mode I/II cohesive zone models of different rank coals
Molayem et al. Prediction of load-CMOD curves for HMA mixtures at intermediate temperatures subjected to mixed mode loading
Alae et al. Three-dimensional finite element analysis of top-down crack propagation in asphalt pavements
Wang et al. Dynamic behavior of crack sealant bonding interface in the asphalt pavement crack repair structure under moving vehicle load
Harvey et al. Superpave implementation phase II: Comparison of performance-related test results
Liu et al. Combined effect of corrosion and strain rate on the bond behavior: A two-stage simulation
Lee et al. Performance-based moisture susceptibility evaluation of warm-mix asphalt concrete through laboratory tests
Shi et al. Recycled asphalt mixture's discrete element model-based composite structure and mesoscale-mechanical properties
Wei et al. Characterizing fatigue damage evolution in asphalt mixtures using acoustic emission and Gaussian mixture model analysis
Li et al. Reflection crack analysis of asphalt overlay on cement concrete pavement based on XFEM
Epps et al. Structural requirements of bituminous paving mixtures
Hajj et al. Estimation of stress conditions for the flow number simple performance test
Sangpetngam et al. Development of efficient crack growth simulator based on hot-mix asphalt fracture mechanics
Theyse et al. Interim revision of the South African Mechanistic-Empirical pavement design method for flexible pavements
Jones et al. Reflective Cracking Study: Second-Level Analysis Report

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant