一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法
2023-10-06 20:00:09 1
專利名稱：一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法
技術領域：
本發明屬於道路工程領域，涉及瀝青混合料抗剪強度的確定。
背景技術：
目前，用於研究瀝青混合料抗剪強度的設備，主要是三軸試驗和等高度剪切試驗等常規方法，沒有其他的實驗設備，這些設備一般造價昂貴，同時這些設備在測試性能方面不能很好的模擬道路在實際輪載下的路面受力狀況。
發明內容
本發明的目的在於提供一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法，具有經濟實用、可操作性強的特點。
為達到上述目的，本發明的解決方案是一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法，包括以下步驟A、進行單軸貫入試驗方法，確定貫入強度曲線；B、採用有限元方法確定抗剪強度參數；C、瀝青混合料的剪應力值通過下面的公式確定τ＝強度參數×貫入壓強。其中，A步驟所述的單軸貫入試驗方法是在瀝青混合料試件上端放置一鋼壓頭後加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態。可以先按照粒徑9.5mm石料直徑的1.5、3及4倍確定了三種壓頭直徑，定出鋼製壓頭的直徑為28.5mm；同理確定了瀝青混合料試件的尺寸為100×100mm。
步驟B是按照貫入強度為1MPa、泊松比為0.35時進行的。
步驟C中貫入壓強取貫入強度曲線的破壞拐點值。
對單軸貫入試驗，強度參數取值為0.339。
本發明首次採用了單軸貫入試驗方法確定瀝青混合料的抗剪強度，方法為即在瀝青混合料試件上端放置一鋼壓頭後加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態，通過三維有限元計算和力學公式的推導，求出瀝青混合料的抗剪強度。先按照粒徑9.5mm石料直徑的1.5、3及4倍確定了三種壓頭直徑，通過理論和試驗分析對比定出了鋼製壓頭的直徑為28.5mm；同理確定了瀝青混合料試件的尺寸(100×100mm)。利用三維有限元進行力學分析，可以得到在貫入強度為1MPa、泊松比為0.35時的抗剪強度參數；然後利用單軸貫入試驗採集到的力，通過下面的公式計算出剪應力值τ＝強度參數×貫入壓強，其中貫入壓強取貫入強度曲線的破壞拐點值。如圖1所示。
該試驗方法較之傳統的三軸試驗具有以下優越性
1、設備簡單便宜，測試過程簡便；2、測試結果穩定；3、能夠更加接近於路面的實際受力情況。
為了求出具有代表性的剪切參數，對於不同的混合料，其剪切參數應該是不一樣的，但是，在混合料的彈性範圍內，混合料的強度主要受兩個參數的影響彈性模量E和泊松比μ的影響。對於泊松比，由於在運用彈性理論分析路基路面結構時，其數值對應力和位移的計算結果影響較小，所以常取用其代表值。在本次分析中，採用μ＝0.35。而對於彈性模量，由彈性力學的知識可以證明，沿深度方向為半無限體的表面圓形區域內受均布壓力作用時，其應力大小與彈性模量無關。
首先建立單軸貫入試驗的有限元模型，由於是對稱結構，在此採用1/4建模。模型參見圖2所示。
通過計算，對不同的模量條件下的最大剪應力處的主應力匯總如表1所示。
表1 不同的模量條件下的最大剪應力處的主應力
注對於模量，單位是MPa，對於力，單位是Pa，對於位置，單位是m由上表的計算結果可以看出，對於不同模量的計算結果沒有變化，也就是說，單軸貫入試驗有限元模型的計算結果不受模量的影響。因此，可以把該計算結果用於不同混合料的計算中。強度參數按下表2中的τmax取值。
表2有限元計算的基本抗剪強度參數
本發明由於其簡單快速，試驗結果穩定，因此，對將來瀝青混合料的設計施工具有重大的應用價值。
圖1是本發明的的貫入強度曲線圖示意圖。
圖2是本發明的單軸貫入三維有限元模型示意圖。
圖3是應用本發明的某瀝青混合料試件貫入強度曲線示意圖。
具體實施例方式
應用本發明的實例可以是(1)採用旋轉壓實的成型方式，成型至少四個平行試件，其尺寸為高度和直徑均為100mm；(2)將試件和壓頭控溫於60℃環境箱中，確保試件的保溫時間在4小時以上；(3)進行單軸貫入試驗，採用直徑為28.5mm的壓頭，確保壓頭位置居中，試驗溫度為60℃，加載速率為1mm/min，加載至破壞，採集試驗過程中的壓力和變形數據；(4)將採集到的數據進行分析，如下圖所示，找出應力-變形曲線中的破壞拐點，記錄拐點的數據，將平行試件的數據進行平均；(5)計算瀝青混合料試件抗剪強度將單軸貫入試驗中拐點應力乘以強度參數(如表2中τmax值)，得到試件抗剪強度。
如圖3所示一例由單軸貫入試驗，得到某試件的貫入強度曲線，由圖得知其拐點強度讀數為2.25MPa，則τmax＝2.25×0.339＝0.7628MPa 此即為該試件的抗剪強度。
上述的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特徵在於包括以下步驟A、進行單軸貫入試驗方法，確定貫入強度曲線；B、採用有限元方法確定抗剪強度參數；C、瀝青混合料的剪應力值通過下面的公式確定τ＝強度參數×貫入壓強。
2.根據權利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特徵在於A步驟所述的單軸貫入試驗方法是在瀝青混合料試件上端放置一鋼壓頭後加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態。
3.根據權利要求2所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特徵在於先按照粒徑9.5mm石料直徑的1.5、3及4倍確定了三種壓頭直徑，定出鋼製壓頭的直徑為28.5mm；同理確定了瀝青混合料試件的尺寸為100×100mm。
4.根據權利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特徵在於步驟B是按照貫入強度為1MPa、泊松比為0.35時進行的。
5.根據權利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特徵在於步驟C中貫入壓強取貫入強度曲線的破壞拐點值。
6.根據權利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特徵在於強度參數取值為0.339。
全文摘要
一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法，首次採用了單軸貫入試驗方法確定瀝青混合料的抗剪強度，方法為即在瀝青混合料試件上端放置一鋼壓頭後加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態，通過三維有限元計算和力學公式的推導，求出瀝青混合料的抗剪強度。先按照粒徑9.5mm石料直徑的1.5、3及4倍確定了三種壓頭直徑，通過理論和試驗分析對比定出了鋼製壓頭的直徑為28.5mm；同理確定了瀝青混合料試件的尺寸(100×100mm)。利用三維有限元進行力學分析，可以得到在貫入強度為1MPa、泊松比為0.35時的抗剪強度參數；然後利用單軸貫入試驗採集到的力，通過下面的公式計算出試件的抗剪強度值τ＝強度參數×貫入壓強，其中貫入壓強取貫入強度曲線的破壞拐點值。
文檔編號G01N33/42GK1873390SQ200510026339
公開日2006年12月6日 申請日期2005年6月1日 優先權日2005年6月1日
發明者孫立軍, 畢玉峰, 張宏超, 邵顯智, 胡小弟, 胡春華 申請人:同濟大學