基于细观结构的路面车辙形变量化表征与路面承载能力在役水平评价

Rut is one of the main reasons which influence the service quality and limits the life of asphalt pavement. On the characterization of rutting, current study is mainly aimed to describe the rutting deformation on the macroscopic appearance of rut. Quantitative characterization of the meso-structure of rut was seldom studied. In this project, the control of the level of parameters which could influence the process of rut will be realized by modifying the PMWWTM. The process of rut will be simulated in the lab to get those specimens in different degree of deformation. In order to establish the quantitative characterization system, the meso-structural change of the asphalt pavement is quantitatively described by the image processing technology to find the characterization parameters. The anti-shear strength test and PFC are applied to analyze the effect of meso-structural change on the load capacity. Finally, the decay model about the anti-shear strength of the asphalt pavement will be built. The relationship among the degree of rut, the disintegration of meso-structure properties and the structural anti-shear strength will also be analyzed in order to find the approach of characterize service level of the asphalt pavement. This project has important implications for scientific evaluating the service quality and prolonging the life of the pavement, and do help for improving the degree of accuracy in the pavement in the pavement maintenance management decision.

车辙一直是影响沥青路面服务水平的重要因素，也是制约沥青路面使用寿命的主要病害之一。当前主要从表观形貌层面进行车辙程度识别，鲜有从细观角度探究路面面层结构特性衰变。本项目通过改装传统车辙仪装置，控制沥青混合料室内模拟实际路面使用状况下的车辙变形作用因素试验参数与参数水平 ，得到沥青混合料面层不同车辙程度的宏观形貌表征；对不同车辙程度的试件进行切割，获取相应的断面形态图像，通过图像处理技术，确定合理描述车辙形变的细观结构量化表征参数，得到路面车辙形变程度的量化表征指标评价体系；结合抗剪强度试验、离散元力学模拟手段分析细观结构变化对面层结构承载能力的影响，建立沥青混合料抗剪强度衰变模型；探讨面层细观结构特性、宏观形貌、力学性能三者之间的联系，建立细观结构与抗剪承载能力关系模型，最终确定路面承载能力在役水平评价方法。为科学评价路面使用品质、延长路面使用寿命提供基础研究，为科学养护决策提供理论指导。

车辙一直是影响沥青路面服务水平的重要因素，也是制约沥青路面使用寿命的主要病害之一。当前主要从表观形貌层面进行车辙程度识别，鲜有从细观角度探究路面面层结构特性衰变。本项目基于沥青面层在车辙形成期间的细观结构变化，在细观结构表征指标、车辙形态类别量化分析、车辙形变程度识别及其定量评价等方面进行了系统研究，揭示了沥青混合料细观损伤演化机理，形成了路面承载能力在役水平评价方法。首先，通过改装传统车辙仪装置，制备沥青面层双层组合试件，采用直剪试验和单轴贯入试验研究孔隙率、粘层油和温度对抗剪强度的影响，结果表明粘层油主要是受高温的影响从而引起抗剪强度的变化，车辙前期呈递增趋势，车辙后期则较为复杂。其次，对不同车辙程度的试件进行切割，采用图像处理技术处理切面图像，获取细观参数颗粒主轴角、沥青面积比、截面空隙率和图像级配等细观结构指标，结果表明，在较高温或较重载情况下，车辙形变前期隆起、下陷速度较为平缓，整体表现为车辙稳定形成期，当车辙深度发生到一定程度后，车辙隆起速率发生突然的增长；车辙处各层的沥青面积比变化反映了各层沥青的蠕动迁移情况，整体上荷载越大，沥青面积比在车辙后期呈现更大的变化趋势，高温的影响主要是加速了车辙前期的沥青面积比的增加；中面层级配的识别结果表现出细集料逐渐增多，粗集料百分比有下降趋势。再次，结合离散元数值模拟，发现随着车辙深度的增加，粗颗粒主轴方向角逐渐趋向90°，粗颗粒状态趋于平稳；上面层级配的结构骨架主要进行水平运动，比较稳定；而中面层级配的结构骨架主要进行垂直运动，是导致车辙破坏的主要因素。最后，建立了沥青混合料抗剪强度衰变模型，确定了路面承载能力在役水平评价方法。成果可为科学评价路面使用品质、延长路面使用寿命提供基础研究，为科学养护决策提供理论指导。