荷载与瞬态脉冲渗压耦合作用下沥青路面疲劳裂变研究

沥青混凝土是一种多孔多相材料，路面降雨入渗边界致使其处于饱和-非饱和状态。孔隙水在荷载作用下形成瞬态脉动渗压场，并与车辆交变荷载形成耦合疲劳应力场，对混合料反复进行三维挤压、胀裂和冲刷，造成集料与集料之间的粘结断裂，沥青膜不断从集料表面剥离、剥落而导致路面破坏。对此，本项目拟以含液多孔介质相关理论、格子玻尔兹曼方法（BLM）、渗流力学和损伤力学为基础，确立降雨入渗边界，通过渗透试验建立渗透系数与其影响因素的相关关系；利用CT扫描技术重构沥青混凝土的细观组成，建立雨水入渗格子玻尔曼数值模型，据此计算雨水在其内部渗流过程和瞬态脉动水压的分布规律；通过微波技术和疲劳试验，跟踪混合料细观损伤（包括裂缝发展和沥青剥落）的演变过程，建立疲劳损伤模型；利用损伤力学和有限元技术仿真渗流场和应力场的耦合作用及材料裂变过程，系统揭示沥青混凝土路面水损坏的本质和真相，为寻求合理的沥青路面水损害防治措施提供依据。

本项目以含液多孔介质相关理论、格子玻尔兹曼方法（BLM）和损伤力学为基础，确立降雨入渗边界，通过渗透试验建立渗透系数与其影响因素的相关关系；利用扫描技术重构沥青混凝土的细观组成，建立雨水入渗格子玻尔曼数值模型，据此计算雨水在其内部渗流过程和瞬态脉动水压的分布规律；通过疲劳试验，跟踪混合料细观损伤（包括裂缝发展和沥青剥落）的演变过程，建立疲劳损伤模型；利用损伤力学和有限元技术仿真渗流场和应力场的耦合作用及材料裂变过程，系统揭示沥青混凝土路面水损坏的本质和真相，为寻求合理的沥青路面水损害防治措施提供依据。本项目具体研究成果有以下几个方面：. 第一、在国内首次采用真空密封法测试沥青混合料试样的毛体积密度及空隙率，通过自制的变水头柔性壁渗透装置，获得了3种常用沥青混凝土空隙率与渗透系数的统计关系，以及临界渗透系数及相应的空隙率，建立了沥青混凝土路面相对渗透系数与影响因素之间的关系。. 第二、编写了周期边界和压力边界的二维多松弛格子玻尔曼法（Lattice Boltzmann Method，简写为LBM）C++程序码D2Q9，以及周期边界的三维多松弛LBM的C++程序码D3Q19，用以描述瞬态脉动渗压疲劳荷载作用下沥青混合料中孔隙水压力变化规律。. 第三、进行了沥青混凝土试样在排水条件下间接拉伸疲劳试验，以及不排水条件下的饱水三轴疲劳试验，获得了沥青混凝土试样的超孔隙水压力随应变和寿命的变化规律。. 第四、通过有限元法，获得了在渗流场-应力场耦合作用下沥青路面力学响应及其对沥青混凝土路面结构造成破坏影响。. 第五、通过损伤力学和有限元法，分析了交通荷载与动水压力耦合作用下沥青路面疲劳裂纹扩展规律和路面疲劳寿命演变规律。. 第六、依托本项目发表相关论文5篇，其中核心期刊3篇、EI和ISTP收录2篇，拟出版学术专著1部。培养博士研究生1名，硕士研究生3名，青年人才1名。