论文总字数：19633字

摘 要

半刚性沥青路面是中国城市主干道的主要路面结构形式，但其往往工程完成不久就出现各种病害甚至严重破损，安全运营服役周期普遍小于设计寿命，因此亟待关注损伤破坏机理。本文从沥青路面的界面性能出发，通过多尺度的模型研究，添加车辆荷载然后分析沥青各材料层的力学行为和界面损伤状况。

主要的研究工作及结论如下：

1. 粗略介绍了国内外高速公路的发展状况，有限元基础的方法以及ABAQUS软件的一些功能；

2. 根据已知的模型参数，利用软件ABAQUS创立沥青路面的模型，然后加载；

3. 通过宏观模型和细观模型的结合，然后分析沥青各材料层的力学行为和界面损伤状况。

计算分析表明：通过沥青路面宏观和细观模型的结合研究分析是比较有用的，但在其他方面还是有些不足，比如在循环荷载的作用下的应力状态和损伤分析，这需要进一步研究讨论。

关键词：沥青路面，多尺度分析，有限元，应力响应，界面损伤

Abstract

Semi-rigid asphalt pavement is the main pavement structure of China's main urban roads, but it often appears various diseases or even serious damages soon after the completion of the project, and the service life of the safe operation is generally less than the design life, therefore, it is urgent to pay attention to the damage mechanism. Based on the performance of asphalt pavement interface, through multi-scale model study, add vehicle load and then analyze the asphalt material layer of mechanical behavior and interface damage.

The main research work and conclusions are as follows：

1. This paper describes the development of highway at home and abroad, introduces the Algorithm and calculation of finite element basis and the basic operation of ABAQUS software
2. The development of highways at home and abroad, the method of finite element foundation and some functions of ABAQUS software are briefly introduced.

3. The mechanical behavior and interfacial damage of each asphalt layer are analyzed by the combination of macroscopic model and microscopic model

The calculation and analysis show that it is useful to study and analyze the macroscopic and microscopic models of asphalt pavement, but there are some deficiencies in other aspects, such as stress state and damage analysis under cyclic load, this requires further study and discussion.

Key words:Asphalt pavement；multi-scale analysis,Finite Element，Stress Response，Interface damage

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章：绪论 1

1.1引言 1

1.2国内外研究现状 2

1.3本文主要研究内容以及技术路线 2

1.3.1研究内容 2

1.3.2 技术路线 3

第2章：沥青路面宏观尺度应力响应 4

2.1 有限元基础 4

2.2沥青路面结构三维宏观有限元模型 6

2.2.1模型简介 6

2.2.2全球尺度模型 8

2.2.3多尺度算法 8

2.2.4多尺度模型的应用 9

2.3沥青路面宏观应力响应 10

2.3.1 宏观应力响应 10

2.3.2局部尺度模拟 11

2.3.3局部尺度结果的均匀化 13

2.4本章小结 15

第3章 基于实测几何形貌的沥青路面细观应力响应 16

3.1 沥青路面宏观-细观多尺度分析基本原理 16

3.1.1 多尺度分析原理 16

3.1.2 沥青路面宏观-细观尺度关联与传递 18

3.2 沥青路面细观有限元模型 18

3.3 沥青路面细观应力响应 19

3.4 本章小结 20

第 4 章 沥青路面材料界面分析 21

4.1沥青路面细观界面模型 21

4.1.1双线性内聚力模型 21

4.1.2沥青路面细观有限元模型 24

4.2沥青路面界面分析 27

4.2.1界面应力相关分析 27

4.3 本章小结 29

第 5 章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

致谢 31

参考文献 32

第1章：绪论

1.1.引言

当今世界，高速公路在交通运输业中的地位可谓是如日中天，一日胜过一日。我国高速公路的建设是从二十世纪九十年代开始的。随着高速公路总里程数越来越大，它在我国的国民经济建设中的地位也越来越高，不过出现的问题也愈加地多起来了。高速公路上超载和超限是造成沥青路面出现问题的主要原因，沥青路面是一种混合料，在高温条件下受到车辆荷载的反复作用会产生变形，最终产生车辙。沥青路面出现车辙破坏以后，不仅会影响路面平整度、产生积水区、降低路面厚度，还会影响行车舒适性及行车安全。研究表明：在车辙处有积水且车辙深度大于5mm的情况下，车轮轮胎由于积水的影响，摩擦力急剧下降，将会极大的影响到行车安全；沥青混合料的感温性在低温条件下体现为弹性模量增大可塑性降低，抗变形能力增强。此时发生较大降温，沥青路面将会产生较大收缩变形，这种变形在道路基层的约束下会使沥青路面产生裂缝。受地区的影响，我国东北地区四季分明冬冷夏热，路面开裂的现象较为突出。裂缝产生后裂缝尖端会产生较大的应力集中现象，造成裂缝持续的扩展，影响路面结构整体性和行车舒适性，同时也为水进入路面结构内部提供了通道，从而引起基层破坏，降低路面承载能力。综上所述，沥青路面结构在温度及车辆动荷载共同作用下会产生高温车辙和低温开裂等早期破坏，我们可以研究分析沥青路面在宏观-细观尺度下的应力（应变）状态的异同，总结界面性能变化对沥青路面结构宏观和细观尺度分析下的力学响应差异就显得格外重要。本文针对以上情况，在考虑界面性能对沥青路面材料的基础上，运用ABAQUS软件创建二维或三维宏观模型，并加载，然后再创建沥青路面的局部二维或三维细观模型，通过宏观尺度主模型-细观尺度子模型的位移边界连接实现对细观模型的加载，重点分析界面性能变化对力学响应的影响。

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