基于離散元法的瀝青混合料骨架細(xì)觀性能研究*

石立萬　王端宜　徐馳　梁何浩

(華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

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基于離散元法的瀝青混合料骨架細(xì)觀性能研究*

石立萬王端宜?徐馳梁何浩

(華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

摘要：為了更深刻地了解混合料的骨架結(jié)構(gòu)，為骨架密實(shí)型瀝青混合料的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，基于離散元法對(duì)瀝青混合料骨架和主骨架的構(gòu)成、骨架細(xì)觀結(jié)構(gòu)基本特性以及骨架應(yīng)力傳遞性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究.結(jié)果表明：瀝青混合料骨架的質(zhì)量評(píng)價(jià)在于骨架傳遞應(yīng)力的大小和抵抗外部荷載的能力；混合料內(nèi)接觸點(diǎn)可分為有效接觸點(diǎn)和無效接觸點(diǎn)，主骨架基本由相互接觸的2.36 mm以上粗集料所構(gòu)成；瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)骨架傳遞的應(yīng)力一般為加載應(yīng)力的70%~80%，骨架傳遞的應(yīng)力比例與集料公稱最大粒徑成正比，與試件厚度成反比，而主骨架對(duì)骨架應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)率達(dá)70%以上.

關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青混合料；離散單元法；細(xì)觀性能；接觸點(diǎn)；主骨架

隨著粗集料斷級(jí)配瀝青混合料的廣泛使用，瀝青混合料骨架嵌擠問題引起了廣泛重視.對(duì)于瀝青混合料來說，由粗集料構(gòu)成的主骨架的強(qiáng)弱直接影響混合料的力學(xué)性能，如何得到一個(gè)強(qiáng)有力的最優(yōu)骨架結(jié)構(gòu)是級(jí)配設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問題[1- 2].但是，目前對(duì)于骨架結(jié)構(gòu)細(xì)觀組成及其特性的認(rèn)識(shí)還比較粗糙，絕大部分研究均從宏觀角度理解骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，并以經(jīng)驗(yàn)公式VCAmix< VCADRC(VCAmix為壓實(shí)瀝青混合料的粗集料骨架間隙率；VCADRC為搗實(shí)狀態(tài)下的粗集料松裝間隙率)作為判斷粗集料形成骨架狀態(tài)的判據(jù)[3].但工程實(shí)踐表明，瀝青混合料設(shè)計(jì)過程中，依靠宏觀指標(biāo)無法驗(yàn)證粗集料是否已真正形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，即使Superpave設(shè)計(jì)體系中對(duì)于粗集料部分是否形成嵌擠也沒有提供有力的依據(jù).隨著對(duì)瀝青混合料研究的深入，部分文獻(xiàn)開始從細(xì)觀角度研究瀝青混合料骨架結(jié)構(gòu)，包括集料顆粒的空間位置及其相互作用關(guān)系、集料顆粒與瀝青砂膠之間的力學(xué)關(guān)系等，以闡述瀝青混合料行為特征[4- 6].但對(duì)于瀝青混合料骨架的內(nèi)在含義、如何定義骨架結(jié)構(gòu)、怎樣的級(jí)配才能構(gòu)成一個(gè)良好的骨架結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)而本質(zhì)的問題至今仍不明確.當(dāng)粗集料形成骨架結(jié)構(gòu)時(shí)，瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)(如粗集料的分布及其相互之間的關(guān)系、粗集料對(duì)骨架構(gòu)成的作用等)也無從可知，更不用說骨架對(duì)外部荷載的響應(yīng)分析等關(guān)乎骨架質(zhì)量的細(xì)觀力學(xué)問題.

近10多年來，新興的離散單元法可反映物質(zhì)內(nèi)部的不均勻性和不連續(xù)性，成為材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析的主要方法之一，并逐漸被引入到瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)性能分析過程中.目前用于離散元分析的主要商用軟件PFC2D/3D具有良好的圖形功能，操作過程的重復(fù)性和再現(xiàn)性好，經(jīng)濟(jì)方便，能夠克服傳統(tǒng)試驗(yàn)的不足，逐漸成為瀝青混合料內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析的主要工具之一[7- 10].基于此，文中以離散元法為研究手段，對(duì)瀝青混合料內(nèi)骨架、主骨架的構(gòu)成和細(xì)觀結(jié)構(gòu)基本特性進(jìn)行系統(tǒng)分析，以便更深刻地了解瀝青混合料骨架結(jié)構(gòu)，為骨架密實(shí)型瀝青混合料的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和工程指導(dǎo).

1骨架的定義和基本細(xì)觀性能

1.1　骨架的定義和構(gòu)成

骨架在漢語詞典中的解釋是：用作支持某物(如文學(xué)作品或有機(jī)體的一部分)的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)或輪廓的支架.其英語單詞為“skeleton”，意為高大建筑用以支撐外部墻壁并把負(fù)荷和應(yīng)力分散到基礎(chǔ)之上的鋼架或混凝土支架，動(dòng)植物(或動(dòng)植物某部位的)支撐性、保護(hù)性架子或結(jié)構(gòu).也就是說，骨架是反映物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的主要載體，對(duì)于瀝青混凝土來說，骨架承擔(dān)著抵抗和傳遞外部荷載應(yīng)力的作用，由占混合料質(zhì)量90%以上的集料所構(gòu)成，從骨架對(duì)外部荷載應(yīng)力的響應(yīng)可知混合料內(nèi)骨架的構(gòu)成及其細(xì)觀力學(xué)性能.

為進(jìn)行對(duì)比分析，選取目前典型的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料SMA-13和懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料AC-13F，級(jí)配如表1所示，混合料切片圖像見圖1.

表1　瀝青混合料級(jí)配

圖1瀝青混合料切片圖像

Fig.1Cross-sectional images of asphalt mixture

觀察圖1發(fā)現(xiàn)，SMA-13混合料中粗集料接觸較為緊密，形成了較為密實(shí)的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，而AC-13F混合料中部分粗集料“懸浮”于瀝青砂漿中，未形成明顯的骨架嵌擠結(jié)構(gòu).

1.2　離散元模型的建立

為對(duì)混合料內(nèi)骨架的構(gòu)成及其細(xì)觀力學(xué)性能進(jìn)行量化分析，利用離散元軟件(PFC 2D)，通過先縮放再逐級(jí)膨脹的方法建立表1中級(jí)配對(duì)應(yīng)的離散元模型.模型尺寸為15 cm×10 cm，如圖2所示.

模型建立過程中，為使模型內(nèi)不平衡力快速達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，以使分析結(jié)果更好地模擬混合料內(nèi)的應(yīng)力情況，將膨脹過程分為3級(jí)，以指數(shù)形式施加，各級(jí)膨脹系數(shù)分別取η0.6、η0.3和η0.1(η為理論膨脹系數(shù)).理論膨脹系數(shù)η可根據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

其中：n為指定的空隙率；p=1-s/S，s為所有顆粒的面積，而S為離散元模型的面積.

PFC程序中提供的平行粘結(jié)模型假設(shè)兩顆粒接觸后便在顆粒間形成范圍很小的粘結(jié)膜，使集料在粘結(jié)強(qiáng)度范圍內(nèi)發(fā)生接觸，可用于描述瀝青與集料的粘附特性.所以文中通過設(shè)置平行粘結(jié)參數(shù)來模擬具有粘結(jié)特性的瀝青混合料.

1.3　細(xì)觀參數(shù)取值

目前，無論從顆粒自身的物理力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，還是設(shè)法通過顆粒材料的宏觀響應(yīng)獲得細(xì)觀參數(shù)，均無切實(shí)可行的細(xì)觀參數(shù)確定方法[11- 12].因此，計(jì)算模型中各細(xì)觀參數(shù)的取值參考文獻(xiàn)[13]，并經(jīng)多次試算和調(diào)整確定，如表2所示.

表2　基本計(jì)算參數(shù)

1.4　骨架應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

建立離散元模型后，通過對(duì)頂部承載板施加1/1 000 mm的循環(huán)速度向下加載，至混合料總變形量為1 mm時(shí)停止(1 000次循環(huán)).兩種級(jí)配離散元模型的試驗(yàn)條件均相同.圖2顯示了混合料內(nèi)部接觸力分布情況，線條越粗表示接觸力越大.

圖2混合料內(nèi)部接觸力分布

Fig.2Distribution of contact force in mixtures

紫紅色、橙色、綠色、紅色和黃色分別表示粒徑為13.20~16.00 mm、9.50~13.20 mm、4.75~9.50 mm、2.36~4.75 mm和1.18~2.36 mm的集料，粒徑1.18 mm以下細(xì)集料均以灰黑色表示

圖2形象地展示了混合料內(nèi)部骨架構(gòu)成，骨架就是由部分相鄰集料構(gòu)成傳遞應(yīng)力的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).實(shí)際上，任何級(jí)配的混合料均有其內(nèi)部骨架，其區(qū)別是：構(gòu)成骨架的集料不同使骨架呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)組成，與其對(duì)應(yīng)的骨架強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性也有較大的差別，從而導(dǎo)致骨架結(jié)構(gòu)具有不同抵抗荷載的能力.從圖2(b)的接觸力分布情況來看，AC-13F內(nèi)部其實(shí)也存在骨架，只是構(gòu)成骨架的集料粒徑較小，骨架結(jié)構(gòu)傳遞應(yīng)力的性能遠(yuǎn)沒有SMA-13完善.

骨架主要承擔(dān)著抵抗和傳遞外部荷載應(yīng)力的作用，因此混合料骨架的質(zhì)量評(píng)價(jià)在于骨架傳遞應(yīng)力的大小和抵抗外部荷載的能力.為分析承載板寬度變化對(duì)應(yīng)力傳遞性能的影響，設(shè)置15、10、5和1 cm 四種承載板寬度進(jìn)行加載.加載過程中，通過監(jiān)測(cè)承載板加載壓力、混合料模型內(nèi)上部1/3位置、中間1/3位置和下部1/3位置的平均接觸力分布，來對(duì)混合料的內(nèi)部應(yīng)力和骨架性能進(jìn)行評(píng)價(jià).當(dāng)承載板位移為1 mm時(shí)，承載板加載壓力和混合料內(nèi)垂直方向平均接觸力監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3.

表3承載板壓力和平均接觸力監(jiān)測(cè)結(jié)果

Table 3Surveillance results of loading pad pressure and average contact force

混合料平均接觸力/kN承載板寬度/cm測(cè)量圓位置模型上部1/3模型中間1/3模型下部1/3承載板加載壓力/MPaSMA-13AC-13F152891226818402.75102868223017763.7552842194914335.251226519107059.7015199.323.80.30.6810200.823.90.10.715188.215.90.00.82147.61.30.01.05

由表3所示的監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：

(1)AC-13F混合料內(nèi)中部以下接觸力幾乎趨于零，接觸應(yīng)力傳遞路徑較短，而SMA-13混合料內(nèi)接觸應(yīng)力傳遞路徑明顯比AC-13F混合料長(zhǎng)，表明SMA-13混合料骨架具有較好的應(yīng)力傳遞性能；

(2)當(dāng)混合料被壓縮1 mm時(shí)，SMA-13混合料中承載板的加載壓力遠(yuǎn)比AC-13F混合料大，表明SMA-13混合料具有較強(qiáng)的抵抗荷載的能力，其骨架承擔(dān)的壓力至少為AC-13F混合料的4倍.

1.5　接觸點(diǎn)的有效性與主骨架

骨架由集料所構(gòu)成，離散的集料必須相互接觸才能為荷載應(yīng)力的傳遞提供路徑.接觸點(diǎn)是瀝青混合料骨架構(gòu)成的一部分，是荷載應(yīng)力傳遞的連接中介[14- 15].圖3為SMA-13內(nèi)部接觸點(diǎn)分布狀況.

圖3SMA-13混合料內(nèi)部接觸點(diǎn)分布

Fig.3Contact points distribution of SMA-13 mixture

灰色圓形顆粒表示集料，綠色圓形標(biāo)記表示集料之間的接觸點(diǎn)

從圖3接觸應(yīng)力的傳遞路徑可看出，混合料內(nèi)數(shù)量眾多的集料并未全部參與構(gòu)成骨架，僅有部分相互接觸的集料構(gòu)成骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，余下的集料則主要起填充作用.混合料內(nèi)部接觸點(diǎn)數(shù)量不計(jì)其數(shù)，部分接觸點(diǎn)位于較粗的接觸力鏈上，另外一部分位于較細(xì)的接觸鏈上，而更多的并不構(gòu)成接觸力鏈.說明不同集料之間的接觸點(diǎn)對(duì)骨架的貢獻(xiàn)是不同的，在混合料內(nèi)部應(yīng)力傳遞過程中扮演著不同的角色.因此，認(rèn)為混合料內(nèi)部接觸點(diǎn)可分為有效接觸點(diǎn)和無效接觸點(diǎn).如果某一接觸點(diǎn)參與瀝青混合料主要接觸應(yīng)力的傳遞，則定義為有效接觸點(diǎn)；否則為無效接觸點(diǎn).

圖4為SMA-13混合料內(nèi)部接觸點(diǎn)和力鏈網(wǎng)絡(luò)分布的局部圖像.

圖4接觸點(diǎn)和接觸力分布

Fig.4Distribution of contact points and contact force

結(jié)合圖3和圖4可得出以下結(jié)論：

(1)由于粒徑小于2.36 mm的集料數(shù)量眾多的原因，其參與構(gòu)成的接觸點(diǎn)(綠色)數(shù)量雖然遠(yuǎn)比粒徑大于2.36 mm的集料之間的接觸點(diǎn)(橙色)數(shù)量橙色圓形標(biāo)記表示2.36 mm以上集料間的接觸點(diǎn)，綠色圓形標(biāo)記表示2.36 mm以下集料參與構(gòu)成的接觸點(diǎn)多，但接觸點(diǎn)很少位于主力鏈上，幾乎不參與主力鏈骨架的構(gòu)成.也就是說，粒徑小于2.36 mm的集料基本不參與主要接觸應(yīng)力的傳遞，可視為無效接觸點(diǎn).但無效接觸點(diǎn)并不是對(duì)荷載應(yīng)力的傳遞無任何貢獻(xiàn)，它們也參與瀝青混合料內(nèi)部應(yīng)力的傳遞，相對(duì)來說無效接觸點(diǎn)傳遞的荷載應(yīng)力比有效接觸點(diǎn)要小得多.

(2)粒徑大于2.36 mm的粗集料周邊的接觸點(diǎn)一般有多個(gè)，集料粒徑越大，其周邊接觸點(diǎn)數(shù)目也越多.然而，并不是粗集料周邊所有接觸點(diǎn)均在主力鏈上，參與構(gòu)成主骨架并傳遞主要荷載應(yīng)力，仍有部分接觸點(diǎn)未參與構(gòu)成主骨架.對(duì)于參與構(gòu)成主骨架以傳遞主要應(yīng)力的接觸點(diǎn)，視為有效接觸點(diǎn)；否則視為無效接觸點(diǎn).所以，接觸點(diǎn)是否位于主力鏈上，是否參與瀝青混合料主骨架的構(gòu)成是接觸點(diǎn)有效性的唯一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn).

混合料內(nèi)部數(shù)量眾多的接觸點(diǎn)在應(yīng)力傳遞過程中扮演著不同的角色，這是瀝青混合料作為非均質(zhì)材料，其不均勻性和離散性的細(xì)觀體現(xiàn).有效接觸點(diǎn)一般位于主力鏈上，作為剛性集料間的聯(lián)系紐帶構(gòu)成混合料內(nèi)部主骨架，從而傳遞大部分荷載應(yīng)力.

2骨架應(yīng)力傳遞性能

2.1　離散元模型的建立

為探討不同級(jí)配混合料內(nèi)部應(yīng)力傳遞情況，選取具有代表性的SMA混合料共4種級(jí)配建立離散元模型，級(jí)配類型如表4所示.表4中4種級(jí)配除公稱最大粒徑不同外，不同粒徑集料通過率的比例均相同.

建立的離散元模型長(zhǎng)度為30 cm，細(xì)觀參數(shù)的取值同表2.為使加載能反映路面實(shí)際情況，承載板的寬度取22 cm，與輪胎寬度基本一致.計(jì)算模型的厚度取2~4倍最大公稱粒徑，即4、6和8 cm進(jìn)行對(duì)比分析.

2.2　應(yīng)力傳遞性能監(jiān)測(cè)與分析

建立離散元模型后，所有模型均通過對(duì)頂部承載板施加1/1 000 mm的循環(huán)速度向下加載，至混合料總變形量為2 mm時(shí)停止(2000次循環(huán)).圖5給出了尺寸為30 cm×4 cm的部分離散元模型，當(dāng)混合料變形2 mm后SMA-20和SMA-10混合料內(nèi)集料之間接觸點(diǎn)的分布狀態(tài).從圖5可明顯看出，不同混合料內(nèi)部主骨架基本由有效接觸點(diǎn)構(gòu)成，但不同粒徑集料對(duì)接觸點(diǎn)和應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)率各不相同.

表4　SMA瀝青混合料級(jí)配

圖5集料間接觸點(diǎn)分布

Fig.5Distribution of contact points between aggregates

紫紅色表示粒徑大于9.5 mm的集料之間的接觸點(diǎn)，藍(lán)色、橙黃色和綠色分別表示粒徑為4.75~9.50 mm、2.36~4.75 mm和

粒徑小于2.36 mm的集料之間的接觸點(diǎn)

表5　應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果1)

表5反映了混合料公稱最大粒徑和試件厚度對(duì)應(yīng)力傳遞性能的影響，可得出以下結(jié)論：

(1)混合料骨架抵抗荷載的能力隨著集料公稱最大粒徑的增大而增加，SMA-20中骨架抵抗荷載的能力是SMA-10混合料的2倍左右；

(2)混合料骨架抵抗荷載的能力隨著試件厚度的增加而降低.混合料厚度越大，可壓縮部分隨之增加，從而導(dǎo)致混合料抵抗永久變形能力降低；

(3)總體來說，SMA混合料骨架傳遞的應(yīng)力一般為加載應(yīng)力的70%~80%.骨架的應(yīng)力傳遞比例與集料公稱最大粒徑成正比，與試件的厚度成反比.

為了解不同粒徑集料對(duì)骨架應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)情況，以圖5為例，如果某一應(yīng)力傳遞路徑中大部分接觸點(diǎn)由某檔集料所構(gòu)成，則認(rèn)為此路徑應(yīng)力的傳遞主要由此檔集料所承擔(dān)，通過監(jiān)測(cè)應(yīng)力傳遞路徑與模型底部接觸點(diǎn)處的接觸應(yīng)力可量測(cè)傳遞應(yīng)力的大小.各檔粗集料對(duì)應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)率如圖6所示.

圖6　不同粒徑的粗集料對(duì)應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)

Fig.6The contribution to stress transfer for coarse aggregates with different particle size

由圖6可知，主骨架對(duì)骨架應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)率達(dá)70%以上，集料傳遞應(yīng)力的能力隨著粒徑的增大而增加.然而，由于級(jí)配不同導(dǎo)致了混合料內(nèi)應(yīng)力傳遞的差異性，即使是同一粒徑集料，其在不同混合料中對(duì)應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)也并不相同.

2.3　粗細(xì)集料分界點(diǎn)的討論

目前，不同混合料設(shè)計(jì)方法對(duì)粗細(xì)集料有著不同的定義.我國瀝青混合料設(shè)計(jì)規(guī)范有如下規(guī)定：當(dāng)密級(jí)配瀝青混合料的公稱最大粒徑大于16 mm時(shí)，以4.75 mm作為粗細(xì)集料分界點(diǎn)，小于或等于16 mm時(shí)以2.36 mm作為分界點(diǎn)；對(duì)于SMA瀝青混合料，公稱最大粒徑大于或等于13.2 mm時(shí)以4.75 mm作為粗細(xì)集料分界的分界篩孔，小于13.2 mm時(shí)以2.36 mm作為分界篩孔.貝雷法則是采用粗細(xì)集料動(dòng)態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)，以集料最大公稱粒徑(D)的0.22倍作為粗細(xì)集料的劃分界限.林繡賢[16]認(rèn)為粗細(xì)集料分界點(diǎn)取0.25D更合適，也更符合篩孔尺寸按1/2遞減的規(guī)律.蔡旭等[17]則考慮各粒徑集料的比例，將散體力學(xué)中的平均半徑作為粗細(xì)集料分界點(diǎn).

從以上分析可看出，對(duì)于粗細(xì)集料的劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國規(guī)范顯得較為籠統(tǒng)，對(duì)不同最大公稱粒徑的混合料都是一樣的，沒有考慮集料體積的影響；貝雷法則以二維平面體積填充為基礎(chǔ)，根據(jù)集料的干涉嵌擠特性，從幾何學(xué)上得出粗細(xì)集料間的比例關(guān)系.但是，由于主骨架傳遞應(yīng)力的復(fù)雜性，以上粗細(xì)集料的劃分方法沒有很好地反映粗集料形成主骨架以傳遞應(yīng)力的本質(zhì)屬性.為此，文中基于主骨架應(yīng)力傳遞性能，提出以傳遞70%荷載應(yīng)力(σ70)的集料粒徑作為粗細(xì)集料的分界點(diǎn).其方法是從最大粒徑應(yīng)力傳遞的貢獻(xiàn)率開始，逐檔集料累加至應(yīng)力傳遞至70%時(shí)的集料粒徑作為粗細(xì)集料分界點(diǎn).

根據(jù)圖7可知，級(jí)配構(gòu)成對(duì)瀝青混合料主骨架應(yīng)力傳遞性能有較大影響.以σ70劃分粗細(xì)集料，公稱最大粒徑為19.0、16.0、13.2和9.5 mm的SMA混合料粗細(xì)集料分界點(diǎn)分別為4.36、3.72、3.06和2.15 mm，所得的結(jié)論與貝雷法劃分標(biāo)準(zhǔn)基本一致，同時(shí)也反映我國規(guī)范對(duì)粗細(xì)集料的劃分比較籠統(tǒng)，需要改進(jìn)以更好地指導(dǎo)瀝青混合料的設(shè)計(jì).

圖7　基于應(yīng)力傳遞性能的粗細(xì)集料分界點(diǎn)

Fig.7Demarcation point of the coarse and fine aggregate based on stress transfer performance

3結(jié)論

基于離散元法，對(duì)瀝青混合料骨架細(xì)觀性能與荷載傳遞行為進(jìn)行了研究，主要得出以下結(jié)論：

(1)瀝青混合料骨架的質(zhì)量評(píng)價(jià)在于其傳遞應(yīng)力的大小和抵抗外部荷載的能力.SMA-13混合料內(nèi)接觸應(yīng)力的傳遞路徑明顯比AC-13F混合料長(zhǎng)，其骨架承擔(dān)的壓力至少為AC-13F混合料的4倍.

(2)混合料內(nèi)接觸點(diǎn)分為有效接觸點(diǎn)和無效接觸點(diǎn)，主骨架基本由相互接觸的2.36 mm以上粗集料構(gòu)成.接觸點(diǎn)是否位于主力鏈上、參與主骨架的構(gòu)成是接觸點(diǎn)有效性的唯一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn).

(3)SMA混合料骨架傳遞的應(yīng)力一般為加載應(yīng)力的70%~80%，骨架的應(yīng)力傳遞比例與集料公稱最大粒徑成正比，與試件厚度成反比.

瀝青混合料是一種典型的粘彈性材料，具有時(shí)溫依賴性，同時(shí)實(shí)際粗集料復(fù)雜的輪廓也對(duì)其力學(xué)行為有較大影響.因此，下一步在模擬集料輪廓的基礎(chǔ)上，考慮瀝青混合料的粘彈性對(duì)其骨架的細(xì)觀性能進(jìn)行更深入的分析.

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Foundation items: Supported by the National Natural Science Foundation of China(51208208)and China Postdoctoral Science Foundation(2013M542174)

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Investigation into Meso Performance of Asphalt Mixture Skeleton Based

on Discrete Element Method

ShiLi-wanWangDuan-yiXuChiLiangHe-hao

(School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology,Guangzhou 510640，Guangdong，China)

Abstract:In order to deeply understand the mixture skeleton structure and thus provide a theoretical basis for the design of the asphalt mixture of dense skeleton，the discrete element method is employed to investigate the constitution of the skeleton and the main skeleton of asphalt mixture，the basic characteristics of skeleton microstructure and the stress transfer performance of skeleton.The results indicate that (1) the evaluation of the asphalt mixture skeleton quality lies in the stress transfer magnitude of skeleton and its ability to resist external loads;(2) the contact points in the mixture can be divided into valid contact points and invalid contact points，and the main skeleton is made up of coarse aggregates which are in contact with one another and are of a particle size of greater than 2.36 mm;(3) the stress transferred by the SMA(Stone Mastic Asphalt) mixture skeleton accounts for about 70%~80% of the loading stress;(4) the proportion of the stress transferred by the skeleton is proportional to the nominal maximum size of the aggregates，but it is inversely proportional to the thickness of the specimen;and (5) the contribution rate of the main skeleton to the skeleton stress transfer is more than 70%.

Key words:road engineering;asphalt mixture;discrete element method;meso performance;contact point;main skeleton

文章編號(hào)：1000- 565X(2015)10- 0057- 10

通信作者：? 余曉琳(1978-)，女，博士，副教授，主要從事橋梁檢測(cè)和安全評(píng)估.E-mail: xlyul@scut.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：賈布裕(1983-)，男，博士后，主要從事大跨度橋梁可靠度研究.E-mail: ctjby@scut.edu.cn

基金項(xiàng)目：*國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51208208);中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2013M542174);華南理工大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2015ZM114)

收稿日期：2014- 10- 13

中圖分類號(hào)：U 414.1

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2015.10.008