沥青路面Top-down开裂细观力学机理与控制指标研究

Top-down cracking is a main type of damage in high-grade asphalt pavement. It significantly reduces the pavement's quality service life. Recent studies of the causes and the propagation law of top-down cracking have not been completely understood. A new and different approach is presented for investigating the causes of top-down cracking by means of X-Ray Computerized Tomography (CT) test and discrete element method. In this approach, top-down cracking will be investigated at field, and the main factors will be analyzed. Based on the CT test and damage mechanics theory, the cracking characteristic, mechanical parameter, failure pattern, strength characteristics and the evolution of cracking mechanism will be observed and studied. The CT image from real sample will be used to establish discrete element model, to simulate the whole cracking process under different factors. Then the numerical analysis results will be verified by the CT images at fatigue stage and the failure on actual asphalt pavement. And the damage variable will be defined, to explore the micromechanics mechanism of top-down cracking in asphalt pavement from qualitative to quantitative. The control index, based on the material characteristics and the road performance of the asphalt, evaluation method and prevention measures for top-down cracking will be presented. The CT image data and discrete element method are made full use, the micromechanics test is applied to analyze top-down cracking in asphalt pavement at this study, which makes the transition from micro scale to maro scale. And a new path is supplied here to study the fatigue damage characteristics of the asphalt pavement.

Top-down开裂已成为高等级沥青路面的主要损坏类型，目前对该裂缝的形成、扩展规律有了一定认识，但仍未形成共识。本项目进行Top-down开裂现场调查，分析其主要影响因素；基于CT细观试验方法和损伤力学理论，研究Top-down开裂特征、力学参数、破坏形态、强度特征及开裂破坏的演化机制；再用真实试件CT扫描图建立离散元模型，模拟各主要影响因素作用下试件发生破坏的全过程，且利用各个疲劳阶段CT扫描图和实际路面破坏情况验证数值分析的正确性；并定义相应损伤变量，从定性到定量探究各种状态下沥青路面Top-down开裂破坏细观力学机理，并提出基于沥青混合料材料特性和路用性能的Top-down开裂控制指标、评价方法及其防治措施。本项目充分利用CT图像资料和离散元方法，将细观试验结果应用到沥青路面Top-down开裂分析中，可实现细观尺度向宏观尺度的过渡，为沥青路面疲劳损伤特性研究提供一种新的途径。

Top-down开裂是高等级沥青路面的主要损坏类型，目前对该裂缝的形成、扩展规律有了一定认识，但仍未形成共识。. 对潭邵、广韶、临长、衡枣路进行沥青路面Top-down开裂破坏进行现场调查研究，分析沥青路面Top-down开裂破坏的主要影响因素，为后续室内试验准备试件，并为理论分析提供事实依据。. 利用劈裂疲劳试验，研究沥青混凝土Top-down开裂特征、力学参数、破坏形态、强度特征及其开裂破坏的演化机制，分析荷载、温度、离析程度、沥青和施工方法等各主要因素对试验结果的影响；对各疲劳阶段试样进行CT扫描识别试验，给出各种状态下沥青混凝土试样各组成结构的变化特征、力学性能影响因素、裂纹的形态及发育变化特征，揭示各种状态下沥青混凝土宏观破裂特征的细观力学机理。. 对CT扫描技术拍摄、加载前的细观结构图像进行处理，利用真实试件图像建立离散元几何模型，对试件开裂破坏过程进行离散元数值模拟，分析荷载、温度、离析程度、沥青和施工方法等主要因素作用下试件发生破坏的全过程。并提取数值分析各个疲劳阶段的离散元模型图，与对相应不同状态、不同疲劳阶段的沥青混凝土试件劈裂疲劳试验CT扫描细观结构图进行比较分析，重点对比破坏特征、力学参数、峰值强度、疲劳寿命等方面的差异。同时，与现场调查的实际沥青路面上的Top-down开裂破坏进行对比，从而验证所建立的虚拟疲劳试验方法的正确性和适用性。即采用试验、CT技术与离散元技术相结合的方法，定义细观疲劳损伤变量，从定性到定量探究各种状态下沥青路面Top-down开裂破坏细观力学机理，为宏观理论的建立提供可靠的依据。. 根据CT试验和离散元数值模拟的沥青路面Top-down开裂细观力学机理，结合沥青混合料的弹性模量、强度、应变、能量等材料特性和抗裂性能、疲劳性能等路用性能，研究如荷载、温度、离析程度、沥青和施工方法等对沥青混合料材料特性和路用性能的影响，提出相应的沥青路面Top-down开裂控制指标，并提出相应的Top-down开裂评价方法和防治措施，为沥青路面的设计与施工提供参考。