基于细观非均质模型的水稳碎石基层材料疲劳开裂研究

• 作者: 赵晓康 董侨 肖源杰 杜慧 贾彦顺
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 关键词: 路面工程 疲劳开裂 离散元法 水稳基层 材料随机场
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 矿业工程?冶金工程?环境工程?化学与化学工程?材料科学与工程|Mining Engineering, Metallurgical Engineering, Environmental Engineering,Chemistry and Chemical Engineering, Materials Scienc
• 页码范围: 3132-3142
• 页数: 11页
• 分类号: U416.214
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.09.015

摘要

为了研究细观非均质性对水稳碎石基层(CTB)材料疲劳开裂行为的影响,首先,采用离散元法(DEM)和随机算法建立细观非均质随机骨料数值模型;其次,利用数字图像处理技术(DIP)实现模型重构,并结合纳米压痕试验确定材料力学参数分布;第三,基于建立的DIP重构模型进行参数反演获取模型参数,并基于平行黏结衰变表征循环荷载下的疲劳衰变行为;最后,基于建立的细观模型开展虚拟半圆弯曲(SCB)强度和疲劳试验,模拟细观疲劳开裂过程,并探索细观非均质性对结构疲劳开裂行为的影响.研究结果表明:CTB材料疲劳裂纹的形成经历了平稳扩展和快速贯通的过程,张力是疲劳开裂演化的驱动力,砂浆?骨料界面是疲劳开裂的薄弱区域;疲劳损伤在循环加载过程中呈非线性累积,应力与疲劳寿命之间呈指数函数关系;提升材料的抗拉强度是改善结构疲劳抗裂能力的关键措施.砂浆材料的性能随机场显著影响水稳碎石的疲劳断裂行为.随着材料属性离散程度增加,同等应力比水平下CTB材料损伤增长速度降低,裂纹扩展路径延长,试件断裂时的微裂纹总量提高,疲劳寿命增大,然而,过于离散的材料性能又显著降低材料的抗拉强度,削弱结构的承载能力,降低疲劳寿命.在施工过程中,合理控制砂浆的均匀性有益于提高CTB材料的抗疲劳开裂能力.