基于轴载谱的沥青混合料多级加载高温蠕变曲线分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于道路养护领域，具体设及一种基于轴载谱的渐青混合料多级加载高溫 蠕变曲线分析方法。
【背景技术】
[0002] 车徹等永久变形破坏一直是我国高等级渐青路面最典型的也最具有危害性的病 害形式之一。国内外学者对渐青路面的高溫蠕变行为进行了大量的研究，尤其是试验方法 方面，美国NCHRP研究计划开展了渐青混合料的简单性能试验方法的研究，最终发现动态模 量试验和动态蠕变试验能很好地评价和预测渐青混合料的抗高溫车徹能力。
[0003] 然而，动态蠕变试验是基于单一荷载的半正弦波加载方式，运种加载方式和实际 路面所受轴载差别巨大。
[0004] 因而，现有的计算方法的结果与实际情况出入很大，无法在实际应用中实现路面 维护的效果。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是现有的动态蠕变试验是基于单一荷载的半正弦波加 载方式，运种加载方式和实际路面所受轴载差别巨大，无法在实际应用中实现路面维护的 效果。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于轴载谱的渐青混合料 多级加载高溫蠕变曲线分析方法，包括W下步骤：1)将渐青混合料多级加载高溫蠕变曲线 分为Ξ个阶段:第一阶段:即渐青混合料多级加载开始后的第一个加载次序时间段;第二阶 段：即第一个加载次序时间段结束后，每一级应力水平加载产生的微应变都呈现线性增长 的累积微应变线性增长阶段;第Ξ阶段：即渐青混合料处于高溫失稳状态的累积微应变快 速增长阶段;2)根据分段后的数据计算Ξ大指数，所述Ξ大指数包括荷载敏感性指标LSI、 蠕变损伤夹角CDA和复合流变次数MFN;荷载敏感性指标LSI:选择第二阶段中3-5个不同的 应力水平下累积微应变和荷载作用次数的关系进行线性拟合，获取相应的不同应力水平下 的蠕变曲线的斜率，该斜率即为微应变的增长速率，利用幕函数，A e=a . 0^1进行拟合得 到荷载敏感性指数LSI，其中，σ为应力水平；Δ ε为微应变增长速率;a为回归系数;蠕变损伤 夹角CDA:提取并分析第二阶段的前两个大循环，加载次序为二、Ξ、四、一;第二加载次序的 起点为A，第二个第一加载次序的终点为B，第Ξ个第一加载次序的终点为C;连接AB和BC，AB 和BC所夹的锐角为蠕变损伤角CDA，通过公式
衣得 CDA;其中，eA、eB、e C分别为A，B，CS点的累积微应变;ΠΑ、邮、nc分别为A，B，CS点的累积作用 次数;复合流变次数MFN:为第二阶段和第Ξ阶段分界处的次数值，即累积微应变随作用次 数呈现线性增长的终止点。
[0007] 进一步，所述步骤2)中第二阶段中选择的不同的应力水平数目为四。将应力水平 数目定为四是因为，选择数目太少影响实验结果的精确度，选择的数目太多会导致计算量 太大，选择数目为四即能满足精确度的要求，又不会造成计算的负荷量太大。
[000引本发明的优点是:该评价方法简单易行，通过荷载敏感性指标LSI，蠕变损伤夹角 CDA评价渐青混合料在不同应力水平下的蠕变特性，分析其对于荷载的敏感程度，并依据复 合流变次数MFN评价材料在实际轴载谱的作用下的抗永久变形能力，为指导道路工程实践， 尤其是我国高速公路养护维修工程的方案决策提供准确的、直观的数字化依据。
【附图说明】
[0009]图1为蠕变曲线第二阶段线性拟合图；
[0010]图2为蠕变曲线蠕变损伤角CDA计算示意图；
[0011]图3为蠕变曲线复合流变次数MFN确定方法示意图。
【具体实施方式】
[0012 ]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0013] 本发明方法包括W下步骤：
[0014] 1)将渐青混合料多级加载高溫蠕变曲线分为Ξ个阶段：
[0015] 第一阶段为初始压密阶段，控制在第一加载次序内完成;第一阶段结束后，为第二 阶段，第二阶段为累积微应变线性增长阶段，该阶段内每一级应力水平加载产生的微应变 都是呈现线性增长，但是随应力水平的变化，微应变增长的速率也有很大的变化;第二阶段 结束后，进入第Ξ阶段，第Ξ阶段为累积微应变快速增长阶段，该阶段渐青混合料已经处于 局溫失稳的状态。
[0016] 2)根据分段后的数据计算Ξ大指数，所述Ξ大指数包括荷载敏感性指标LSI、蠕变 损伤夹角CDA和复合流变次数MFN。
[0017] 如图1所示，为荷载敏感性指标LSI的计算方式，对第二阶段中四个不同应力水平 下累积微应变和荷载作用次数的关系进行线性拟合，提取不同应力水平下微应变的增长速 率值，利用幕函数，如公式1所示，进行拟合，荷载敏感性指标LSI为拟合结果的指数值。LSI 越大说明应力水平的差异越大，微应变增长的速率差异越大，即该渐青混合料对荷载的变 化较为敏感。
[001 引 Ae=a*0Lsi (!)
[0019] 其中；
[0020] 0:应力水平；
[0021] Δε:微应变增长速率；
[0022] a:回归系数。
[0023] 如图2所示，为蠕变损伤夹角CDA的计算方式，除去属于蠕变曲线第一阶段(压密阶 段)的第一加载次序，将后面的属于第二阶段的前两个大循环(加载次序为二、Ξ、四、一)提 取出来进行分析。A点为第二加载次序的起点，B点为第二个第一加载次序的终点，C点为第 Ξ个第一加载次序的终点。连接AB和BC，AB和BC所夹的锐角为蠕变损伤角CDA，用公式2计 算。CDA越小，说明该渐青混合料产生蠕变损伤的速率较均衡，由于循环1和循环2的累积作 用次数相同，说明循环1和循环2产生的累积微应变相差不大，因此该渐青混合料对循环轴 载应力的作用不敏感。
[0024]
(2)
[0025] 其中；
[0026] EA、川、ec: A，B，CS点的累积微应变；
[0027] ΠΑ、邮、nc:A，B，CS点的累积作用次数。
[0028] 基于轴载谱的渐青混合料多级加载高溫蠕变试验方法相较于标准动态蠕变试验， 考虑了实际路面不同轴重的荷载的影响，通过分析基于轴载谱的渐青混合料多级加载高溫 蠕变试验曲线发现在蠕变的第二阶段，尽管应力水平在变化，渐青混合料的累积微应变的 发展依旧是呈现线性的增长趋势，只是增长的速率有所变化，因此，定义任意一个加载次序 内，只要渐青混合料的累积微应变随作用次数呈现线性增长趋势，即说明该阶段仍然属于 第二阶段，并没有达到快速增长的第Ξ阶段。
[0029] 如图3所示，第二阶段和第Ξ阶段分界处的次数值即未复合流变次数MFN的数值， 所述复合流变次数MFN定义为累积微应变随着作用次数呈现线性增长的终止点。MFN越大说 明该渐青混合料材料在该轴载谱的作用下抵抗永久变形的能力就越强。
[0030] 本发明通过将传统的渐青混合料多级加载高溫蠕变曲线分为Ξ个阶段，依次计算 荷载敏感性指标LSI,蠕变损伤夹角CDA评价渐青混合料在不同应力水平下的蠕变特性，分 析其对于荷载的敏感程度，并依据复合流变次数MFN评价材料在实际轴载谱的作用下的抗 永久变形能力，为指导道路工程实践，尤其是我国高速公路养护维修工程的方案决策提供 准确的、直观的数字化依据。
【主权项】
1. 一种基于轴载谱的沥青混合料多级加载高温懦变曲线分析方法，其特征在于，包括 以下步骤： 1) 将沥青混合料多级加载高温蠕变曲线分为三个阶段： 第一阶段:即沥青混合料多级加载开始后的第一个加载次序时间段； 第二阶段：即第一个加载次序时间段结束后，每一级应力水平加载产生的微应变都呈 现线性增长的累积微应变线性增长阶段； 第三阶段:即沥青混合料处于高温失稳状态的累积微应变快速增长阶段； 2) 根据分段后的数据计算三大指数，所述三大指数包括荷载敏感性指标LSI、蠕变损伤 夹角CDA和复合流变次数MFN; 荷载敏感性指标LSI:选择第二阶段中3-5个不同的应力水平下累积微应变和荷载作用 次数的关系进行线性拟合，获取相应的不同应力水平下的蠕变曲线的斜率，该斜率即为微 应变的增长速率，利用幂函数，A e=a ·々SI进行拟合得到荷载敏感性指数LSI，其中，〇为应 力水平；A ε为微应变增长速率;a为回归系数； 蠕变损伤夹角CDA:提取并分析第二阶段的前两个大循环，加载次序为二、三、四、一;第 二加载次序的起点为A，第二个第一加载次序的终点为B，第三个第一加载次序的终点为C; 连接A B和B C，A B和B C所夹的锐角为蠕变损伤角C D A，通过公式求得⑶A;其中，εΑ、εΒ、e c分别为A，B，C三点的累积微 应变;nA、nB、nc分别为A，B，C三点的累积作用次数； 复合流变次数MFN:为第二阶段和第三阶段分界处的次数值，即累积微应变随作用次数 呈现线性增长的终止点。2. 根据权利要求1所述的一种基于轴载谱的沥青混合料多级加载高温蠕变曲线分析方 法，其特征在于，所述步骤2)中第二阶段中选择的不同的应力水平数目为四。
【专利摘要】本发明公开了一种基于轴载谱的沥青混合料多级加载高温蠕变曲线分析方法，通过对不同级加载过程中处于蠕变第二阶段的蠕变曲线进行线性拟合，获取累积微应变增长斜率，根据公式计算响应的高温蠕变特性指标LSI、CDA和MFN。本发明参数中，较大的MFN代表该混合料在多级荷载的作用下抵抗永久变形的能力较强，较小的LSI表明该混合料对轴载的变化较钝感，可能对抵抗重载更强，较小的CDA表明沥青混合料产生蠕变损伤的速率较均衡，对一个循环的谱型加载不敏感。
【IPC分类】G01N33/42
【公开号】CN105486845
【申请号】CN201610034622
【发明人】倪富健, 蒋继望, 高磊, 娄深鑫
【申请人】东南大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月19日