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原文传递多孔沥青路面空隙结构与排水性能衰变研究

论文题名：	多孔沥青路面空隙结构与排水性能衰变研究
关键词：	多孔沥青路面;空隙结构衰变;排水性能;离散单元法;预测模型
摘要：	多孔沥青路面是一种铺设在路面结构上面层的功能型路面，通常采用开级配设计，空隙率一般为18％～25％，具有排水，降噪以及防滑等优良特殊性能。但在使用过程中，多孔沥青路面的空隙结构容易在荷载以及粉尘堵塞等作用下发生衰变，部分或最终完全丧失其排水性能。因此，研究多孔沥青路面空隙结构与排水性能的衰变规律，是进行多孔沥青路面推广与养护技术体系研究的前提与依据。　　多孔沥青路面空隙结构复杂，是多孔沥青路面具有排水等性能优势的根本机理。论文通过剖面扫描成像的方法对多孔沥青路面空隙结构进行了研究，揭示了多孔沥青路面空隙结构的分布规律与分形特征，研究表明:多孔沥青混合料空隙分布与分形特征存在较高的离散性，但剖面的累积空隙数量与等效孔径之间呈现较好的对数关系，而累积空隙面积与等效孔径之间呈现较好的高斯函数关系。空隙平面的分形维数离散程度大于轮廓的分形维数，并具有一定的线性相关性。　　荷载作用是多孔沥青路面空隙结构衰变的重要原因之一。论文根据多孔沥青路面实际的级配以及空隙分布在离散元软件PFC3D中建立三维模型，并提出了离散元模型空隙结构的提取分析方法，通过蠕变试验获得模型参数，对多孔沥青路面空隙结构在荷载作用下的衰变规律进行了模拟研究并与室内试验结果进行比较，研究表明:离散元方法可以较好的模拟车辙试验中多孔沥青混合料车辙板的蠕变规律，以及空隙率、有效空隙率、孔径分布等空隙结构特征的变化规律。多孔沥青路面空隙结构具有较强的温度敏感性，当温度高于30℃时，荷载对多孔沥青路面空隙结构的影响较大。进一步研究表明，多孔沥青路面空隙率、有效空隙率、空隙连通支个数以及剖面空隙分布与应变具有良好的相关性。荷载作用初期，空隙结构的衰变是多孔沥青路面应变增加的主要原因;而荷载作用后期，空隙结构已基本不可压缩，混合料向两侧的推挤流动成为应变增加的主要原因。基于路面实际使用条件，提出了多孔沥青路面空隙结构衰变模型，用于预测多孔沥青路面空隙结构在荷载作用下的衰变规律。　　颗粒堵塞同样是多孔沥青路面空隙结构衰变的重要原因之一，论文通过离散元模拟研究单个空隙被粉尘颗粒堵塞的规律与形态;通过试验研究多孔沥青路面堵塞颗粒敏感粒径;通过渗透性能衰变试验研究不同粒径颗粒在不同空隙率的多孔沥青路面中的堵塞机理与规律。研究表明:临界堵塞颗粒个数与平均孔径粒径比呈指数关系，颗粒在孔喉处的堵塞过程主要由粒径大于或接近孔喉直径的颗粒参与。粒径0.6～2.36mm的颗粒最容易阻塞在多孔沥青混合料内部。含颗粒流体对于多孔沥青混合料的堵塞规律分为三个阶段:初期较快，中期逐渐放缓，后期稳定。第一阶段:渗透系数残留率与堵塞颗粒质量线性相关，颗粒在混合料内部孔喉处的堵塞占主导地位。第二阶段空隙结构表面颗粒吸附与沉降以及颗粒的大量堆积所占的比例逐渐提高。第三阶段多孔沥青混合料渗透系数逐渐稳定，表明多孔沥青混合料内部存在孔径较大的连通路径，在较多空隙结构堵塞后，含颗粒流体从这些路径流出混合料，此时的颗粒基本不再堵塞在多孔沥青混合料空隙内。　　排水性能是多孔沥青路面的重要特殊性能，由于荷载以及堵塞的作用，其在使用过程中会不断衰减，论文研究了多孔沥青路面的粉尘累积过程与粒径分布，在开发的多孔沥青混合料渗水性能测试仪上进行了粉尘堵塞模拟试验，获得了不同空隙率多孔沥青路面渗水系数衰变规律;根据路面粉尘分布与流动规律，建立了多孔沥青路面渗水系数衰变分布预测模型。研究表明:渗水系数残留率与堵塞颗粒的质量基本成线性关系，渗水系数衰变速率与初始渗水系数成正比;在实际使用过程中，多孔沥青路面的渗水系数衰变分布与过滤系数，颗粒累积速率，使用时间，以及与路中线距离有关，其中轮迹带以及外侧车道渗水系数衰变较快。
作者：	周韡
专业：	交通运输工程
导师：	黄晓明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文