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沥青与沥青混合料虚拟实验教学

 涉及集料、沥青、沥青混合料方面的实验教程。包括两大部分,第1为沥青及沥青混合料实验基本知识和技术,包括实验室的基本准则及与实验有关的技术标准等内容;第2为沥青及沥青混合料实验,包括基础集料实验、沥青基本实验及沥青混合料基本实验。偏重于对实验设计基本原理和过程。可作为高等院校交通土建类、工业与民用建筑类相关专业的虚拟实验教学内容,也可供相关专业技术人员参考学习。

 由集料级配、油石比以及空隙率推导出每档粗集料(2.36mm以上集料)占虚拟试件的体积分数和沥青砂浆(2.36mm以下集料、矿粉与沥青组成)的密度计算公式,集料预先以等粒径的球单元投放到虚拟试件中,再以矿料间隙率校核集料的体积分数,提取校准后的几何信息作为生成多面体集料的初始参数,在不规则多面体集料生成算法基础上,结合室内试件空隙的实际分布,进行沥青混合料三维结构的数字重构,生成与室内试验尺寸相同的沥青混合料三维离散元虚拟试件。其次,根据试验温度和破坏模式选取合适的细观接触模型,设计沥青砂浆试验获取细观参数。由沥青砂浆劈裂试验以及单轴蠕变试验获取不同温度下的宏观弹性与粘弹性参数,并验证Burgers粘弹性模型的温度和荷载适用区间,由宏观与细观参数的转化关系获得沥青砂浆内部单元、沥青砂浆与集料单元之间、集料单元之间的细观参数。最后,模拟沥青混合料低温断裂试验,观察试件的开裂与裂缝扩展特征,分析三点弯曲小梁试件的内在断裂机理和影响因素;模拟四点弯曲疲劳试验,观察试件内部应力应变实时变化状态,分析疲劳开裂机理,分析不同级配对虚拟疲劳寿命的影响;模拟缩减时间下的单轴蠕变试验,其中蠕变试验的一二阶段采用无损伤的Burgers粘弹性模型模拟,针对第三阶段的蠕变损伤是通过引入损伤因子实现材料参数的衰减,从而引起材料的劣化,最后实现蠕变损伤。结果表明:集料体积分数、砂浆的粘结强度、温度、细观接触模型、加载应力、加载方式等对沥青混合料的高低温以及疲劳性能均有显著影响。