基于裂纹细观分析的水泥稳定碎石材料损伤演化机理研究

Generally, The generation and development of crack under loading is the basic cause of cement stabilized stone damage, but the evolution behavior of crack is few studied until now.In order to solve this problem, the study of crack damage and evolution will be as a breakthrough point, the laboratory test are uniaxial tensile and compressive mode. The inner crack damage of material is captur d by.X-Ray CT technology, Then the criterion and the extension parameter of crack of the cement-stabilized stone will be given. Based on damage theory, Establishing the damage variable and the damage evolution equation with the parameter of crack evolution characteristic value. Finally, achieve the mesoscopic mechanism of the cement stabilized stone material mechanical physical deterioration. Results from.this research is significant for understanding the mechanism of performance degradation of cement stabilized stone material, and it rovides a material behavior equation for the numerical simulation of cement stabilized material, Also it provides a cross-scale experimental method for the heterogeneity and anisotropy engineering materials.

对于准脆性的水泥稳定碎石，其破坏是荷载作用下材料内部裂纹产生、扩展、贯通逐渐损伤的结果，但目前对其裂纹损伤过程及考虑损伤的本构模型的研究却甚少。针对这一问题，本课题以荷载作用下裂纹损伤及演化规律的研究作为切入点，将试验荷载简化为单轴拉伸和压缩模式，通过X-Ray CT技术同步扫描荷载作用下材料的裂纹发展状态，提出水泥稳定基层材料裂纹判定准则及扩展表达参数，量化表达裂纹特征。在此基础上，结合损伤力学理论，建立以损伤区与安全区面积比为参数的损伤变量和损伤演化方程，揭示水泥稳定碎石材料力学性能劣化的细观物理机制，提出考虑细观损伤的材料本构模型。研究成果将对认识水泥稳定碎石的材料性能衰减具有重要意义，可以为路用水泥稳定碎石的数值仿真提供材料行为模型，同时，也提供了一种用于非均质、各相异性的工程材料跨尺度实验方法。

水泥稳定碎石是典型的半刚性基层材料之一，开裂一直被公认是其典型破坏形式，本项目采用工业CT作为水泥稳定碎石材料加载过程中，裂纹及裂纹扩展图像的获取手段，并提出了裂纹的识别以及裂纹增量的判定方法，结合损伤力学理论，提出了以裂纹增量为损伤表达的水稳材料损伤演化方程。研究结果表明：水泥稳定碎石在逐级增加的荷载作用下，其裂纹形式、扩展过程以及分布特征与水泥稳定碎石的组成结构紧密相关，水泥稳定碎石复合准脆性材料的基本特征，裂纹损伤的急剧扩展与材料相应阶段模量的衰减具有良好的对应关系。研究成果将对认识水泥稳定碎石的材料性能劣化规律具有重要意义，可以为路用水泥稳定碎石的数值仿真提供材料损伤模型，同时，也提供了一种用于非均质、各相异性的工程材料跨尺度实验方法。