CN115964778A - 基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，步骤包括：S01.配置初始路面结构以及配置水泥稳定碎石水泥剂量、沥青混合料沥青用量的取值范围；S02.建立水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量之间的相关性模型；S03.在配置的取值范围内确定出多种不同路面结构材料配合比组合，并在不同路面结构材料配合比组合下按照相关性模型确定得到对应的力学参数；S04.对各路面结构材料配合比组合下确定得到的力学参数进行力学响应分析，根据力学响应分析确定出最优路面结构材料配合比组合。本发明能够使路面结构的力学性能达到最优，与路面真实的力学响应相匹配。
Description
技术领域
本发明涉及路面结构优化设计技术领域，尤其涉及一种基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法。
背景技术
目前路面设计通常是采用传统线弹性理论(即单模量理论)实现，即设计时采用抗压回弹模量作为材料刚度参数，但是道路材料压、拉模量会具有显著差异性，该类单模量理论的路面结构设计方式没有充分考虑该道路材料压、拉模量的显著差异性，因而与路面实际受力特性并不匹配。
利用基于双模量理论的路面力学分析方式符合路用材料拉压不同特性，有利于获得路面的真实应力应变状态，但是目前采用基于双模量理论的路面结构设计方式中，路面材料压、拉力学参数值及其比值通常仅是依靠经验或者直接按照规范中给定的范围选取，就未考虑材料各力学参数之间的量化关系，无法对取值进行精准调整(匹配)，而路面材料压、拉力学参数值及其比值的选取会直接影响力学响应计算结果，取值不匹配即可能导致计算结果存在较大的偏差，因而目前基于双模量理论的路面结构设计方式所取定的材料参数往往与材料真实的力学性能参数差异较大，使得路面结构就难以严格按照一体化设计，而最终导致路面结构计算结果不可靠，路面使用寿命难以达到设计要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、路面结构的设计精度与可靠性高、误差小的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，能够使路面结构的力学性能达到最优，与路面真实的力学响应相匹配。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，步骤包括：
S01.配置初始路面结构以及配置水泥稳定碎石水泥剂量、沥青混合料沥青用量的取值范围；
S02.建立水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量之间的相关性模型，所述力学参数包括拉压模量和拉压泊松比，所述拉压模量包括压缩模量、拉伸模量，所述拉压泊松比包括压缩泊松比和拉伸泊松比；
S03.在配置的所述取值范围内确定出多种不同路面结构材料配合比组合，并在不同路面结构材料配合比组合下按照所述相关性模型确定得到对应的力学参数，所述路面结构材料配合比组合为不同沥青用量与不同水泥剂量所形成的配合比组合；
S04.对各路面结构材料配合比组合下确定得到的力学参数进行力学响应分析，根据力学响应分析确定出最优路面结构材料配合比组合。
进一步的，所述步骤S01中配置初始路面结构包括配置水泥稳定碎石基层沥青路面结构类型、结构层厚度以及路面结构层中水泥稳定碎石和沥青混合料中各组分的材料类型以及级配。
进一步的，所述配置的取值范围中还包括温度和加载速率的取值范围。
进一步的，所述步骤S02中，通过压缩和拉伸应力状态下的模量和泊松比试验分别确定拉压模量和拉压泊松比随沥青用量和水泥剂量的变化关系，并对所述变化关系进行拟合回归分析建立函数关系模型，得到水泥稳定碎石的拉压模量和拉压泊松比与水泥剂量的相关性模型以及沥青混合料的拉压模量和拉压泊松比与沥青用量的相关性模型。
进一步的，所述水泥稳定碎石的拉压模量和拉压泊松比与水泥剂量的相关性模型为：
其中，M为水泥剂量，a(c/t)、b(c/t)、k(c/t)分别为拟合参数；
μ(c/t)＝a′(c/t)M2+b′(c/t)M+c(c/t)
其中，a′(c/t)、b′(c/t)、b′(c/t)分别为拟合参数；
所述沥青混合料的拉压模量和拉压泊松比与沥青用量的相关性模型为：
E′(c/t)＝g(c/t)+h(c/t)C+i(c/t)C2
其中，C为沥青用量，g(c/t)、h(c/t)、i(c/t)分别为拟合参数；
μ′(c/t)＝g′(c/t)+h′(c/t)C+i′(c/t)C2
其中，g′(c/t)、h′(c/t)、i′(c/t)分别为拟合参数。
进一步的，所述通过压缩和拉伸应力状态下的模量和泊松比试验分别确定拉压模量和拉压泊松比随沥青用量和水泥剂量的变化关系包括：试验前，将引伸计固定于试件两侧预先标记好的刻度位置后再放置在MTS试验系统上，选取应力控制模式，对沥青混合料、水泥稳定碎石分别执行多级加卸载，每级荷载大小为最大破坏荷载的指定比例，每级荷载卸载后暂停指定时长再进行下一次加载，记录加卸载过程中应变大小；根据试验结果计算单轴压缩与直接拉伸模量。
进一步的，单轴压缩模量、直接拉伸模量以及单轴压缩拉伸泊松比、直接拉伸泊松比的计算表达式分别为：
其中，Ec为单轴压缩模量，Et为直接拉伸模量，Pc′为单轴压缩时每级压拉荷载，Pt′为直接拉伸时每级压拉荷载，εhc为单轴压缩时竖向回弹应变，εht为直接拉伸时竖向回弹应变εh(c/t)为单轴压缩或直接拉伸竖向回弹应变，εv(c/t)为单轴压缩或直接拉伸横向回弹应变，μ(c/t)为单轴压缩或直接拉伸泊松比，b为沥青混合料直接拉伸试件宽度，h为直接拉伸试件高度，d为沥青混合料单轴压缩试件直径。
进一步的，所述步骤S04中，使用基于双模量理论的路面结构设计与有限元分析方法进行所述力学响应分析。
进一步的，述步骤S04中，进行力学响应分析时包括分析沥青混合料层底沿行车方向的水平拉应变、无机结合料稳定层层底沿行车方向的水平拉应力、沥青混合料层各分层顶面竖向压应力和路基顶面竖向压应变，根据路面结构取对应类别力学响应计算点的最大力学响应值，选取出所述最大力学响应值最小所对应的组合作为最优路面结构材料配合比组合。
进一步的，所述步骤S04中进行力学响应分析时，还包括采用下式进行修正：
Ec/μc＝Et/μt
其中，Ec、Et分别为单轴压缩模量和直接拉伸模量，μc、μt分别为单轴压缩泊松比和直接拉伸泊松比。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明基于材料结构设计一体化思想，考虑水泥剂量和沥青用量对路面材料力学参数的影响，通过获取材料力学参数建立力学参数与水泥剂量和沥青用量变化的相关性模型，然后对不同水泥剂量和沥青用量配合比组合下的力学参数进行力学响应分析，根据分析结果确定出最优配合比组合，可以为基于双模量理论进行路面结构设计时力学参数的选取提供准确量化的取值范围，使得路面结构的力学性能达到最优；
2、本发明充分考虑拉压模量的差异特性，利用力学参数与水泥剂量和沥青用量变化的相关性模型确定材料最优配合比组合，能够反映路面真实的力学响应，使得取定的材料参数与材料真实的力学性能相匹配，有效提高路面结构设计的合理性以及可靠性，进而提高路面的使用年限。
附图说明
图1是本实施例基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法的实现流程示意图。
图2是本发明具体应用实施例中水泥稳定碎石的级配曲线示意图。
图3是本发明具体应用实施例中沥青混合料的级配曲线示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法的步骤包括：
S01.初始路面结构配置：根据实际需求配置初始路面结构以及配置水泥稳定碎石水泥剂量、沥青混合料沥青用量的取值范围。
配置初始路面结构时具体包括配置水泥稳定碎石基层沥青路面结构类型、结构层厚度以及路面结构层中水泥稳定碎石和沥青混合料中各组分的材料类型以及级配，同时配置水泥稳定碎石水泥剂量、沥青混合料沥青用量的取值范围，进一步配置还包括温度和加载速率等相关参数的取值范围。上述取值范围可以根据实际需求以及相关规范(如《公路沥青路面设计规范》等)进行初步的设定。
S02.相关性模型建立：建立水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量之间的相关性模型，力学参数具体包括拉压模量和拉压泊松比，拉压模量包括压缩模量、拉伸模量，拉压泊松比包括压缩泊松比和拉伸泊松比，以基于双模量理论实现路面力学分析。
本实施例具体通过压缩和拉伸应力状态下的模量和泊松比试验分别确定拉压模量和拉压泊松比随沥青用量和水泥剂量的变化关系，并对变化关系进行拟合回归分析建立函数关系模型，得到水泥稳定碎石的拉压模量和拉压泊松比与水泥剂量的相关性模型以及沥青混合料的拉压模量和拉压泊松比与沥青用量的相关性模型。
上述通过压缩和拉伸应力状态下的模量和泊松比试验分别确定拉压模量和拉压泊松比随沥青用量和水泥剂量的变化关系具体包括：试验前，将引伸计固定于试件两侧预先标记好的刻度位置后再放置在MTS(力学测试与模拟)试验系统上，选取应力控制模式，对沥青混合料、水泥稳定碎石分别执行多级加卸载，每级荷载大小为最大破坏荷载的指定比例，每级荷载卸载后暂停指定时长再进行下一次加载，记录加卸载过程中应变大小；根据试验结果计算单轴压缩与直接拉伸模量，即单轴压缩与直接拉伸模量通过上述试验得到。
在具体应用实施例中，进行压缩和拉伸应力状态下的强度、模量和泊松比试验的详细操作过程为：
利用快速硬化胶将引伸计固定于试件两侧预先标记好的刻度位置，之后放置MTS试验系统上，选取应力控制模式，对沥青混合料具体采用七级加卸载，每级荷载大小分别为最大破坏荷载的0.1Pm、0.2Pm、0.3Pm、…、0.7Pm，卸载后暂停指定时长后，再进行下一次加载，对水泥稳定碎石则具体采用五级加卸载，操作过程与上述针对于沥青混合料的操作过程相同，在试验过程中实时记录加卸载过程中应变大小。然后采用原点修正法计算单轴压缩与直接拉伸模量。
在具体应用实施例中，单轴压缩泊松比、直接拉伸泊松比采用0.5Pm下的竖向应变与横向应变的比值计算得到，计算表达式为：
其中，Ec为单轴压缩模量(MPa)，Et为直接拉伸模量(MPa)，Pc′为单轴压缩时每级压拉荷载(N)，Pt′为直接拉伸时每级压拉荷载(N)，εhc为单轴压缩时竖向回弹应变，εht为直接拉伸时竖向回弹应变，εh(c/t)为单轴压缩或直接拉伸竖向回弹应变，εv(c/t)为单轴压缩或直接拉伸横向回弹应变，μ(c/t)为单轴压缩或直接拉伸泊松比，b为沥青混合料直接拉伸试件宽度(mm)，h为直接拉伸试件高度(mm)，d为沥青混合料单轴压缩试件直径(mm)。
在具体应用实施例中，水泥稳定碎石的拉压模量和拉压泊松比与水泥剂量的相关性模型的表达式为：
其中，M为水泥剂量，a(c/t)、b(c/t)、k(c/t)分别为拟合参数；
μ(c/t)＝a′(c/t)M2+b′(c/t)M+c(c/t) (5)
其中，a′(c/t)、b′(c/t)、b′(c/t)分别为拟合参数；
建立的沥青混合料的拉压模量和拉压泊松比与沥青用量的相关性模型的表达式具体为：
E′(c/t)＝g(c/t)+h(c/t)C+i(c/t)C2 (6)
其中，C为沥青用量(％)，g(c/t)、h(c/t)、i(c/t)分别为拟合参数；
μ′(c/t)＝g′(c/t)+h′(c/t)C+i′(c/t)C2 (7)
其中，g′(c/t)、h′(c/t)、i′(c/t)分别为拟合参数。
通过进行多组力学参数试验并进行试验数据分析得到水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量之间的相关性模型(水泥稳定碎石的拉压模量和拉压泊松比与水泥剂量的相关性模型、沥青混合料的拉压模量和拉压泊松比与沥青用量的相关性模型)、利用该相关性模型可以准确表征水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量之间的相关性，从而便于精准确定出最优的配合比参数。
S03.配合比组合力学参数确定：在配置的取值范围内确定出多种不同路面结构材料配合比组合，并在不同路面结构材料配合比组合下按照相关性模型确定得到对应的力学参数，路面结构材料配合比组合为不同沥青用量与不同水泥剂量所形成的配合比组合。
具体可以根据实际需求在水泥剂量和沥青用量的取值范围内，使每个沥青用量都与不同的水泥剂量组合起来，得到不同的路面结构材料配合比组合，然后按照步骤S02得到的水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量之间的相关性模型确定出各不同配合比组合的压缩模量、拉伸模量、压缩泊松比和拉伸泊松比。
S04.最优配合比组合分析：对各路面结构材料配合比组合下确定得到的力学参数进行力学响应分析，根据力学响应分析确定出最优路面结构材料配合比组合。
具体基于双模量理论的路面结构设计与有限元分析方法对不同配合比组合下确定得到的力学参数(压缩模量、拉伸模量、压缩泊松比和拉伸泊松比)进行力学响应分析，分析结果能够真实反映路面的力学响应，从而基于力学响应分析结果确定出最优路面结构材料配合比组合，可以为基于双模量理论进行路面结构设计选取力学参数时提供准确的取值范围，使力学参数的选取能够合理匹配。
本实施例进行力学响应分析时具体包括分析沥青混合料层底沿行车方向的水平拉应变、无机结合料稳定层层底沿行车方向的水平拉应力、沥青混合料层各分层顶面竖向压应力和路基顶面竖向压应变，根据路面结构取对应类别力学响应计算点的最大力学响应值，不同路面结构的最大力学响应值越小，则代表路面结构的力学性能越好，则最终选取出最大力学响应值最小所对应的组合作为最优路面结构材料配合比组合。
进一步进行力学响应分析时，还包括采用下式进行修正：
Ec/μc＝Et/μt
其中，Ec、Et分别为单轴压缩模量和直接拉伸模量，μc、μt分别为单轴压缩泊松比和直接拉伸泊松比。
双模量理论的基本假设中包括柔度对称性假设，即要求Ec/μc＝Et/μt，本实施例利用基于双模量理论进行计算时进一步需要对力学参数进行修正，使其满足假设，使得修正过后的力学参数尽可能接近试验得到的数据。
本发明基于材料结构设计一体化思想，利用力学参数拉压差异特性及取值匹配性实现沥青路面优化设计，考虑水泥剂量和沥青用量对路面材料力学参数的影响，通过获取材料力学参数建立力学参数与水泥剂量和沥青用量变化的相关性模型，然后对不同水泥剂量和沥青用量配合比组合下的力学参数进行力学响应分析，以通过调整路面材料的配合比计算不同路面结构的力学响应，根据分析结果确定出最优配合比组合，使路面结构的力学性能达到最优，能够充分考虑拉压模量的差异特性，反映路面真实的力学响应，同时能够为基于双模量理论进行路面结构设计时力学参数的选取提供准确量化的取值范围，使得取定的材料参数与材料真实的力学性能相匹配，有效提高路面结构设计的合理性，进而提高路面的使用年限，避免路面在使用年限内不出现严重的结构破坏。
以下以在具体应用实施例中采用上述方法实现沥青路面结构优化设计为例，对本发明进行进一步说明，详细步骤如下：
步骤1)配置初始路面结构。
根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2017)要求和实际需求，设计交通荷载等级为50×108。试验选用P.C 32.5水泥、SBS(I－D)改性沥青以及试验集料和矿粉采用石灰岩，农民画分别采用悬浮密实型进和AC－16型密级配型配合比设计水泥稳定碎石和沥青混合料初步配置路面结构，级配曲线如图2和图3所示，具体配置的路面结构如表1所示。
表1：初始路面结构配置
| 18cm AC－16沥青层 |
| 36cm密实悬浮型水泥稳定碎石基层 |
| 15cm级配碎石底基层 |
| 土基 |
选定水泥稳定碎石水泥剂量的变化范围为1％、2％、3％、4％、5％，沥青混合料沥青用量的变化范围分别为3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％，温度和加载速率的取值分别为试验温度20℃和加载速率0.1MPa/s。
步骤2)建立水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量的相关性模型。
分别进行压缩和拉伸应力状态下的模量和泊松比试验，建立水泥稳定碎石随水泥剂量的关系模型和沥青混合料随沥青用量的相关性模型，具体分别为：
水泥稳定碎石的相关性模型：
Ec＝19128/(1+31.331e-0.870M)
Ec＝12820/(1+34.849e-0.813M)
μc＝0.402－0.0289M+0.0015M2
μt＝0.204－0.0101M+0.001M2
沥青混合料的相关性模型：
Ec＝-2556.16+2290.41C-240.11C2
Et＝-949.3+1161.1C-123.6C2
μc＝0.862－0.223C+0.024C2
μt＝0.619－0.174C+0.019C2
步骤3)进行路面材料配合比组合并确定对应力学参数。
按照路面结构所选用的水泥剂量和沥青用量的范围，水泥剂量分别为3.5％、4％和4.5％，沥青用量为4.5％、5％和5.5％，通过相关性模型计算参数。每个水泥剂量和沥青用量分别进行一次组合，共形成九种组合。其中粒料层和土基的参数则按照规范《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2017)选取。具体的力学参数取值表如表2所示。
表2：力学参数取值
| 压模量(MPa) | 拉模量(MPa) | 压泊松比 | 拉泊松比 | |
| 3.5％水泥稳定碎石 | 7664 | 4311 | 0.32 | 0.18 |
| 4.0％水泥稳定碎石 | 9610 | 5580 | 0.31 | 0.18 |
| 4.5％水泥稳定碎石 | 11770 | 7062 | 0.30 | 0.18 |
| 4.5％沥青混合料 | 2880 | 1728 | 0.35 | 0.21 |
| 5.0％沥青混合料 | 2905 | 1826 | 0.35 | 0.22 |
| 5.5％沥青混合料 | 2724 | 1816 | 0.36 | 0.24 |
| 级配碎石 | 400 | 40 | 0.35 | 0.035 |
| 土基 | 60 | 6 | 0.4 | 0.04 |
步骤4)确定最优路面结构的配合比组合
使用基于双模量理论的路面结构设计与计算有限元分析软件分别对九种组合进行试算。该路面结构的基础为无机结合料类，底基层为粒料类，比较无机结合料稳定层层底沿行车方向的水平拉应力和沥青混合料层顶面竖向压应力，如表3所示，沥青混合料层顶面竖向压应力相差不大，可以看出当沥青混合料的沥青用量为5.0％时，沥青混合料层顶面竖向压应力较小，面层的模量也最大，变形也相对较小，因此选取沥青用量5.0％的沥青混合料作为面层，取水泥剂量分别为3.5％、4％和4.5％的水泥稳定碎石层底沿行车方向的水平拉应力代入《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2017)中无机结合料稳定层疲劳开裂公式进行计算，公式中弯拉强度通过试验得到分别为1.4MPa、1.58MPa和1.68MPa，其他参数按照规范选取，计算得到疲劳寿命分别为75.76×108、83.51×108和79.40×108。根据结果发现当水泥剂量为4％时，水泥稳定碎石基层的疲劳开裂寿命最大，所以最终选取沥青用量5.0％和水泥剂量4％作为配合比组合。
表3：组合方式
同时考虑经济效益和使力学响应最优化，分别变更基层厚度为32cm和34cm，计算力学响应，如表4所示。由结果可知三种厚度的沥青混合料层顶面竖向压应力相同，同时随着厚度的减小，无机结合料稳定层层底沿行车方向的水平拉应力增大，计算水泥稳定碎石基层疲劳寿命，当厚度为32cm时，疲劳寿命为46.91×108，当厚度为34cm时，疲劳寿命为80.49×108，疲劳寿命减小，从经济效益出发，选择34cm的厚度，所以最终确定的路面结构为表5所示。
表4：不同基层厚度后力学响应
表5：最终确定的路面结构
| 18cm AC－16沥青层(沥青用量5.0％) |
| 34cm密实悬浮型水泥稳定碎石基层(水泥剂量4.0％) |
| 15cm级配碎石底基层 |
| 土基 |
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，步骤包括：
S01.配置初始路面结构以及配置水泥稳定碎石水泥剂量、沥青混合料沥青用量的取值范围；
S02.建立水泥稳定碎石和沥青混合料的力学参数与水泥剂量和沥青用量之间的相关性模型，所述力学参数包括拉压模量和拉压泊松比，所述拉压模量包括压缩模量、拉伸模量，所述拉压泊松比包括压缩泊松比和拉伸泊松比；
S03.在配置的所述取值范围内确定出多种不同路面结构材料配合比组合，并在不同路面结构材料配合比组合下按照所述相关性模型确定得到对应的力学参数，所述路面结构材料配合比组合为不同沥青用量与不同水泥剂量所形成的配合比组合；
S04.对各路面结构材料配合比组合下确定得到的力学参数进行力学响应分析，根据力学响应分析确定出最优路面结构材料配合比组合。
2.根据权利要求1所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S01中配置初始路面结构包括配置水泥稳定碎石基层沥青路面结构类型、结构层厚度以及路面结构层中水泥稳定碎石和沥青混合料中各组分的材料类型以及级配。
3.根据权利要求2所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述配置的取值范围中还包括温度和加载速率的取值范围。
4.根据权利要求1所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S02中，通过压缩和拉伸应力状态下的模量和泊松比试验分别确定拉压模量和拉压泊松比随沥青用量和水泥剂量的变化关系，并对所述变化关系进行拟合回归分析建立函数关系模型，得到水泥稳定碎石的拉压模量和拉压泊松比与水泥剂量的相关性模型以及沥青混合料的拉压模量和拉压泊松比与沥青用量的相关性模型。
5.根据权利要求4所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述水泥稳定碎石的拉压模量和拉压泊松比与水泥剂量的相关性模型为：
其中，M为水泥剂量，a(c/t)、b(c/t)、k(c/t)分别为拟合参数；
μ(c/t)＝a′(c/t)M2+b′(c/t)M+c(c/t)
其中，a′(c/t)、b′(c/t)、b′(c/t)分别为拟合参数；
所述沥青混合料的拉压模量和拉压泊松比与沥青用量的相关性模型为：
E′(c/t)＝g(c/t)+h(c/t)C+i(c/t)C2
其中，C为沥青用量，g(c/t)、h(c/t)、i(c/t)分别为拟合参数；
μ′(c/t)＝g′(c/t)+h′(c/t)C+i′(c/t)C2
其中，g′(c/t)、h′(c/t)、i′(c/t)分别为拟合参数。
6.根据权利要求4所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述通过压缩和拉伸应力状态下的模量和泊松比试验分别确定拉压模量和拉压泊松比随沥青用量和水泥剂量的变化关系包括：试验前，将引伸计固定于试件两侧预先标记好的刻度位置后再放置在MTS试验系统上，选取应力控制模式，对沥青混合料、水泥稳定碎石分别执行多级加卸载，每级荷载大小为最大破坏荷载的指定比例，每级荷载卸载后暂停指定时长再进行下一次加载，记录加卸载过程中应变大小；根据试验结果计算单轴压缩与直接拉伸模量。
7.根据权利要求6所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，单轴压缩拉伸泊松比、直接拉伸泊松比采用0.5Pm下的竖向应变与横向应变的比值计算得到，计算表达式为：
其中，Ec为单轴压缩模量，Et为直接拉伸模量，Pc′为单轴压缩时每级压拉荷载，Pt′为直接拉伸时每级压拉荷载，εhc为单轴压缩时竖向回弹应变，εht为直接拉伸时竖向回弹应变，εh(c/t)为单轴压缩或直接拉伸竖向回弹应变，εv(c/t)为单轴压缩或直接拉伸横向回弹应变，μ(c/t)为单轴压缩或直接拉伸泊松比，b为沥青混合料直接拉伸试件宽度，h为直接拉伸试件高度，d为沥青混合料单轴压缩试件直径。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S04中，使用基于双模量理论的路面结构设计与有限元分析方法进行所述力学响应分析。
9.根据权利要求1～7中任意一项所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S04中，进行力学响应分析时包括分析沥青混合料层底沿行车方向的水平拉应变、无机结合料稳定层层底沿行车方向的水平拉应力、沥青混合料层各分层顶面竖向压应力和路基顶面竖向压应变，根据路面结构取对应类别力学响应计算点的最大力学响应值，选取出所述最大力学响应值最小所对应的组合作为最优路面结构材料配合比组合。
10.根据权利要求1～7中任意一项所述的基于力学参数分析的沥青路面结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤S04中进行力学响应分析时，还包括采用下式进行修正：
Ec/μc＝Et/μt
其中，Ec、Et分别为单轴压缩模量和直接拉伸模量，μc、μt分别为单轴压缩泊松比和直接拉伸泊松比。
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| CN116561876B (zh) * | 2023-07-10 | 2023-09-08 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种场内道路沥青混凝土路面设计计算方法 |
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