專利名稱：一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，涉及瀝青混合料抗剪強度的確定。
背景技術(shù)：
目前，用于研究瀝青混合料抗剪強度的設(shè)備，主要是三軸試驗和等高度剪切試驗等常規(guī)方法，沒有其他的實驗設(shè)備，這些設(shè)備一般造價昂貴，同時這些設(shè)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法，具有經(jīng)濟(jì)實用、可操作性強的特點。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)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(jìn)行單軸貫入試驗方法，確定貫入強度曲線；B、采用有限元方法確定抗剪強度參數(shù)；C、瀝青混合料的剪應(yīng)力值通過下面的公式確定τ＝強度參數(shù)×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后加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態(tài)。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，定出鋼制壓頭的直徑為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(jìn)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(shù)取值為0.339。
本發(fā)明首次采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后加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態(tài)，通過三維有限元計算和力學(xué)公式的推導(dǎo)，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制壓頭的直徑為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(jìn)行力學(xué)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(shù)；然后利用單軸貫入試驗采集到的力，通過下面的公式計算出剪應(yīng)力值τ＝強度參數(shù)×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(tǒng)的三軸試驗具有以下優(yōu)越性
1、設(shè)備簡單便宜，測試過程簡便；2、測試結(jié)果穩(wěn)定；3、能夠更加接近于路面的實際受力情況。
為了求出具有代表性的剪切參數(shù)，對于不同的混合料，其剪切參數(shù)應(yīng)該是不一樣的，但是，在混合料的彈性范圍內(nèi)，混合料的強度主要受兩個參數(shù)的影響彈性模量E和泊松比μ的影響。對于泊松比，由于在運用彈性理論分析路基路面結(jié)構(gòu)時，其數(shù)值對應(yīng)力和位移的計算結(jié)果影響較小，所以常取用其代表值。在本次分析中，采用μ＝0.35。而對于彈性模量，由彈性力學(xué)的知識可以證明，沿深度方向為半無限體的表面圓形區(qū)域內(nèi)受均布壓力作用時，其應(yīng)力大小與彈性模量無關(guān)。
首先建立單軸貫入試驗的有限元模型，由于是對稱結(jié)構(gòu)，在此采用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(yīng)力處的主應(yīng)力匯總?cè)绫?所示。
表1 不同的模量條件下的最大剪應(yīng)力處的主應(yīng)力

注對于模量，單位是MPa，對于力，單位是Pa，對于位置，單位是m由上表的計算結(jié)果可以看出，對于不同模量的計算結(jié)果沒有變化，也就是說，單軸貫入試驗有限元模型的計算結(jié)果不受模量的影響。因此，可以把該計算結(jié)果用于不同混合料的計算中。強度參數(shù)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(shù)

本發(fā)明由于其簡單快速，試驗結(jié)果穩(wěn)定，因此，對將來瀝青混合料的設(shè)計施工具有重大的應(yīng)用價值。


圖1是本發(fā)明的的貫入強度曲線圖示意圖。
圖2是本發(fā)明的單軸貫入三維有限元模型示意圖。
圖3是應(yīng)用本發(fā)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(yīng)用本發(fā)明的實例可以是(1)采用旋轉(zhuǎn)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)將試件和壓頭控溫于60℃環(huán)境箱中，確保試件的保溫時間在4小時以上；(3)進(jìn)行單軸貫入試驗，采用直徑為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，采集試驗過程中的壓力和變形數(shù)據(jù)；(4)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如下圖所示，找出應(yīng)力-變形曲線中的破壞拐點，記錄拐點的數(shù)據(jù)，將平行試件的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)力乘以強度參數(shù)(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(shù)為2.25MPa，則τmax＝2.25×0.339＝0.7628MPa 此即為該試件的抗剪強度。
上述的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特征在于包括以下步驟A、進(jìn)行單軸貫入試驗方法，確定貫入強度曲線；B、采用有限元方法確定抗剪強度參數(shù)；C、瀝青混合料的剪應(yīng)力值通過下面的公式確定τ＝強度參數(shù)×貫入壓強。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特征在于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后加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特征在于先按照粒徑9.5mm石料直徑的1.5、3及4倍確定了三種壓頭直徑，定出鋼制壓頭的直徑為28.5mm；同理確定了瀝青混合料試件的尺寸為100×100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特征在于步驟B是按照貫入強度為1MPa、泊松比為0.35時進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特征在于步驟C中貫入壓強取貫入強度曲線的破壞拐點值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定瀝青混合料抗剪強度的方法，其特征在于強度參數(shù)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，首次采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后加壓，以此來模擬路面中的實際受力狀態(tài)，通過三維有限元計算和力學(xué)公式的推導(dǎo)，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制壓頭的直徑為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(jìn)行力學(xué)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(shù)；然后利用單軸貫入試驗采集到的力，通過下面的公式計算出試件的抗剪強度值τ＝強度參數(shù)×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(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)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(jì)大學(xué)