基于梁-颗粒与有限元耦合模型的沥青加铺层反射裂缝多尺度数值分析

反射裂缝是旧路面沥青加铺层所面临的一个主要难题。本项目提出一种反射裂缝数值分析的新方法，即采用梁-颗粒与有限元耦合模型对加铺层反射裂缝进行宏观和细观相结合的数值分析。梁-颗粒是在离散元的基础上，结合有限元中梁单元提出的数值方法，将其与有限元耦合，能在保持梁-颗粒模型本身细观特性的同时显著提高计算效率。与其他常用数值方法相比，该耦合模型的最大优点在于能考虑加铺层的级配、颗粒形状、粒径大小、空隙等因素对加铺层抗反射裂缝性能的影响。.本项目在对反射裂缝进行多尺度数值分析的基础上，研究影响加铺层抗反射裂缝性能的主要因素，并提出相应的防治措施。为评价数值分析的可靠性，利用室内模拟试验对数值结果进行验证，并将两者研究结果相结合，得出防治反射裂缝的技术措施，最后利用现场调研予以验证和补充。项目预期成果不仅有助于解决沥青加铺层实际应用中易出现反射裂缝的难题，还可为加铺层反射裂缝的数值分析理论提供新的支撑。

研究工作围绕现有数值方法在模拟沥青混合料裂纹扩展方面存在的不足，通过建立沥青混合料的细观有限元模型和引入疲劳损伤力学原理，提出一种沥青路面反射裂缝的疲劳损伤力学细观数值方法，对沥青路面裂缝的萌发、扩展和断裂过程进行了细观尺度的数值分析，研究了骨料级配、颗粒形状、沥青含量、基层模量等因素对路面抗裂性能的影响，以及裂缝萌发、扩展过程中路面损伤场的大小、分布和演化规律。.同时，为补充和验证路面反射裂缝问题数值方法的分析结果，又进行了室内试验和现场试验路的系统调研，总结了沥青路面抗反射裂缝性能的主要影响因素和旧路加铺改造克服反射裂缝的主要措施，并结合数值分析结果从路面材料、路面结构等方面给出了缓解和克服沥青路面反射裂缝的主要技术和方法。.研究工作把疲劳损伤理论引入了沥青路面反射裂缝问题的细观有限元分析，基本原理符合反射裂缝实质上是路面材料在重复荷载作用下发生疲劳破坏现象的这一本质，不仅成功实现了沥青路面裂缝的细观数值模拟，有助于解决沥青路面应用中易出现反射裂缝的实际难题，而且还克服了有限元方法在模拟未知裂纹扩展方面存在的不足，为沥青路面裂缝的数值模拟工作提供了新的理论支撑。.项目实施过程符合原定计划，所做工作完成了拟定任务安排，所得结果基本实现预期研究目标，并在项目资助下正式发表和录用学术论文11篇、正在审稿1篇，其中EI检索4篇；参加国际学术会议1次，受邀作国际学术会议（美国）分组报告1次，参加国内学术会议2次，受邀作国内学术会议（西安）分组报告1次，获大会优秀论文奖1次；培养博士和硕士研究生3名，中青年学术带头人1名，本人亦晋升为副教授，并依托项目研究获省部级科研项目1项。