一种基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试方法及系统与流程

本发明涉及交通工程领域，特别是涉及一种基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试方法及系统。

背景技术：

为了改善沥青路面的车辙病害，提高其抗剪胀性能，道路工作者以提高沥青路面高温稳定性为目标提出了众多评价方法，如马歇尔试验、三轴压缩试验、单轴加载试验、单轴贯入试验等。现有的单轴贯入试验确定沥青混合料抗剪强度值，不能适应科技发展的需要，其主要存在的缺陷如下：

①从宏观的角度来说，单轴贯入试验方法只能得到沥青混合料整体的抗剪强度，无法从细观的层次上去观察混合料内部颗粒的移动，作用力的分布以及裂缝的变化等，这就极大的限制了沥青混合料剪切性能的研究。

②在进行沥青混合料的单轴贯入试验时，考虑到试验的误差，通常会进行大量的重复性试验，从而降低了科研的效率。

③即使是在相同条件下成型的沥青混合料，还是会存在许多的差异如颗粒位置的差异、空隙率的差异等，这些对沥青混合料剪切性能的研究也产生了不小的阻碍。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于单轴数值入试验的沥青混合料性能测试方法，所述方法包括：

根据不同的级配要求，生成沥青混合料数值模型；

生成贯入压头；

通过所述贯入压头对所述沥青混合料数值模型，进行单轴贯入试验，记录所述贯入压头与所述沥青混合料数值模型的接触力；

根据所述接触力计算沥青混合料的抗剪强度，完成沥青混合料的性能测试。

可选的，所述根据不同的级配要求，生成沥青混合料数值模型，具体包括：

生成圆柱体模拟试模；

按照不同的级配要求，生成粗集料以及沥青砂浆颗粒；

将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模，生成初始沥青混合料数值模型；

将空隙颗粒与所述始沥青混合料数值模型进行耦合；

去除所述圆柱体模拟试模，得到沥青混合料数值模型。

可选的，所述将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模，生成初始沥青混合料数值模型，具体包括：

将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模；

记录每个粗集料的半径以及中心坐标；

删除与所述粗集料中心坐标相同且半径小于所述粗集料半径的沥青砂浆颗粒，生成初始沥青混合料数值模型。

可选的，所述圆柱体模拟试模的尺寸为φ100mm×h100mm。

一种基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试系统，所述系统包括：

建模模块，用于根据不同的级配要求，生成沥青混合料数值模型；

贯入压头生成模块，用于生成贯入压头；

试验模块，用于通过所述贯入压头对所述沥青混合料数值模型，进行单轴贯入试验，记录所述贯入压头与所述沥青混合料数值模型的接触力；

测试模块，用于根据所述接触力计算沥青混合料的抗剪强度，完成沥青混合料的性能测试。

可选的，所述建模模块具体包括：

圆柱体模拟试模生成单元，用于生成圆柱体模拟试模；

材料生成单元，用于按照不同的级配要求，生成粗集料以及沥青砂浆颗粒；

填充单元，用于将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模，生成初始沥青混合料数值模型；

耦合单元，用于将空隙颗粒与所述始沥青混合料数值模型进行耦合；

去除单元，用于去除所述圆柱体模拟试模，得到沥青混合料数值模型。

可选的，所述填充单元具体包括：

填充子单元，用于将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模；

记录子单元，用于记录每个粗集料的半径以及中心坐标；

删除子单元，用于删除与所述粗集料中心坐标相同且半径小于所述粗集料半径的沥青砂浆颗粒，生成初始沥青混合料数值模型。

可选的，所述圆柱体模拟试模的尺寸为φ100mm×h100mm。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明采用了单轴贯入数值试验，因此不仅能够测得沥青混合料的抗剪强度，而且能从细观层面观察内部颗粒的实时动态，可以测量混合料试件以及内部作用力，通过数值试验可以从细观角度拓展对沥青混合料性能的研究。在室内试验时，为了保证试验数据的可靠以及减小误差需要进行大量的平行试验，费时费力，通过数值模拟可高效、快速地进行重复性试验，免去了筛料、配料、成型试件、试验的过程，极大提升了科研效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于单轴数值入试验的沥青混合料性能测试方法的流程图；

图2为本发明实施例基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试方法及系统，用以对沥青混合料的性能进行快速、精确的测试。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于单轴数值入试验的沥青混合料性能测试方法包括以下步骤：

步骤101：根据不同的级配要求，生成沥青混合料数值模型。具体的：

生成圆柱体模拟试模；所述圆柱体模拟试模的尺寸为φ100mm×h100mm

按照不同的级配要求，生成粗集料以及沥青砂浆颗粒；

将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模，生成初始沥青混合料数值模型；将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模；记录每个粗集料的半径以及中心坐标；删除与粗集料中心坐标相同且半径小于粗集料半径的沥青砂浆颗粒，生成初始沥青混合料数值模型

将空隙颗粒与所述始沥青混合料数值模型进行耦合；

去除所述圆柱体模拟试模，得到沥青混合料数值模型。

步骤10:2：生成贯入压头。

步骤103：通过所述贯入压头对所述沥青混合料数值模型，进行单轴贯入试验，记录所述贯入压头与所述沥青混合料数值模型的接触力。

步骤104：根据所述接触力计算沥青混合料的抗剪强度，完成沥青混合料的性能测试。

具体实施方案：

1)根据不同级配要求，生成沥青混凝土颗粒流数值模型；

①生成φ100mm×h100mm圆柱体模拟试模；

②按照室内试验提供的级配，分档生成各级粗集料，为了使设计的级配完整呈现，采用逐级填充的方式，先生成大粒径的粗集料后依次生成小一档的粗集料直至所有颗粒全部生成。在颗粒的生成过程中，为了确保生成的颗粒体积与计算得到的体积相同，避免出现颗粒的生成数少于计算数的情况，本文先将所有颗粒的粒径统一缩小十倍，待全部生成后，再统一放大；

③将按照级配生成的粗集料颗粒模型和紧密接触的布满整个模拟试模内部的沥青砂浆颗粒模型进行耦合，记录每一个粗集料颗粒的中心坐标以及半径，并分别在相同中心坐标处删除粗集料颗粒半径以内的沥青砂浆颗粒，并按照粗集料的中心坐标和半径生成相同的粗集料颗粒，形成沥青混合料初步数值模型；

④将空隙颗粒和沥青混合料初步模型进行耦合，由于空隙颗粒分布的随机性，通常需要试算多次才能保证空隙率达到规定值。删除模拟试模，即可得到沥青混合料数值模型。

2)按照实际的贯入杆尺寸生成φ28.5mm×h50mm的圆柱体状墙体，圆柱体状的墙体包括三个部分，圆形的上顶面、圆形的下底面和圆柱形的围壁，使三个部分连成不可分的整体，形成贯入压头。生成底座，要保证底座的尺寸足够大，不会影响模拟结果。

3)使贯入压头以固定的1mm/min的速度向沥青混合料数值试件移动，当贯入压头接触沥青混合料数值试件表面后，以50个计算时步为最小记录单位，每50个计算时步记录一次贯入压头与沥青混合料数值试件接触面的接触力与位移。接触力即对应实时荷载。

沥青混合料的单轴贯入剪切试验强度按下式计算：

式中：τs－试件的单轴贯入剪切试验强度；

p－试件破坏时的最大荷载；

a－贯入杆的截面积。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明采用了单轴贯入数值试验，因此不仅能够测得沥青混合料的抗剪强度，而且能从细观层面观察内部颗粒的实时动态，可以测量混合料试件以及内部作用力，通过数值试验可以从细观角度拓展对沥青混合料性能的研究。在室内试验时，为了保证试验数据的可靠以及减小误差需要进行大量的平行试验，费时费力，通过数值模拟可高效、快速地进行重复性试验，免去了筛料、配料、成型试件、试验的过程，极大提升了科研效率。

如图2所示，本发明还提供了一种基于单轴数值试验的沥青混合料性能测试系统，所述系统包括：

建模模块201，用于根据不同的级配要求，生成沥青混合料数值模型。

所述建模模块201具体包括：

圆柱体模拟试模生成单元，用于生成圆柱体模拟试模；所述圆柱体模拟试模的尺寸为φ100mm×h100mm；

材料生成单元，用于按照不同的级配要求，生成粗集料以及沥青砂浆颗粒；

填充单元，用于将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模，生成初始沥青混合料数值模型；所述填充单元具体包括：填充子单元，用于将所述粗集料以及所述沥青砂浆颗粒填充至所述圆柱体模拟试模；记录子单元，用于记录每个粗集料的半径以及中心坐标；删除子单元，用于删除与所述粗集料中心坐标相同且半径小于所述粗集料半径的沥青砂浆颗粒，生成初始沥青混合料数值模型；

耦合单元，用于将空隙颗粒与所述始沥青混合料数值模型进行耦合；

去除单元，用于去除所述圆柱体模拟试模，得到沥青混合料数值模型。

贯入压头生成模块202，用于生成贯入压头。

试验模块203，用于通过所述贯入压头对所述沥青混合料数值模型，进行单轴贯入试验，记录所述贯入压头与所述沥青混合料数值模型的接触力。

测试模块204，用于根据所述接触力计算沥青混合料的抗剪强度，完成沥青混合料的性能测试。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。