第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 沥青混合料多尺度问题 1
1.1.2 沥青混合料集料特性问题 3
1.1.3 沥青混合料空隙信息挖掘问题 5
1.1.4 沥青混合料沥青／集料界面行为问题 6
1.2 沥青混合料集料特性研究进展 7
1.3 沥青混合料空隙信息挖掘研究进展 15
1.3.1 沥青混合料空隙模型的研究进展 17
1.3.2 沥青混合料空隙率影响因素的研究进展 18
1.3.3 空隙率对沥青混合料技术性能的影响研究进展 19
1.3.4 空隙在边缘学科中的研究进展 20
1.4 沥青混合料集料／沥青界面行为研究进展 23
参考文献 26
第2章 理论基础与技术途径 31
2.1 分形理论 31
2.1.1 分形与分维的定义 31
2.1.2 分形的自相似性 32
2.1.3 分形的无标度性 32
2.1.4 分形理论在沥青混合料研究中的应用 33
2.2 X射线CT技术 35
2.3 离散元法 39
2.3.1 基本思想 39
2.3.2 基本方程 40
2.3.3 接触本构模型 44
2.3.4 离散元法的程序实现 47
2.3.5 颗粒流程序的解题途径 52
2.4 拓扑优化理论 54
2.4.1 拓扑优化基本原理 55
2.4.2 连续体拓扑优化方法 57
2.4.3 拓扑优化的应用 61
参考文献 63
第3章 沥青混合料集料几何特性 65
3.1 集料的几何形态特性 65
3.1.1 集料的数字化方法 65
3.1.2 集料几何形态特性 67
3.1.3 集料几何形态特性二维解析 73
3.1.4 集料几何形态特性三维解析 82
3.1.5 集料机械筛分与理论筛分的相关性 85
3.2 集料的表面形貌特性 89
3.2.1 集料形貌特征的量化指标 89
3.2.2 集料形貌特征的多维解析 92
3.2.3 集料表面形貌的理论构造 94
3.2.4 单参数指标对集料表面形貌的影响 95
3.3 集料的加工与遗传特性 96
3.3.1 集料破碎理论 96
3.3.2 破碎过程中的能量守恒 98
3.3.3 破碎过程中的熵平衡 101
3.4 级配与空隙形成理论 102
3.4.1 骨架空隙的形成原理 102
3.4.2 集料级配分维与空隙率的关系 103
3.4.3 影响空隙率变异的因素 104
参考文献 105
第4章 沥青混合料空隙信息获取方法 107
4.1 空隙分布描述的基本参数 107
4.1.1 空隙率与连通空隙率 107
4.1.2 空隙等效直径 108
4.1.3 空隙数量 108
4.1.4 空隙分维数 109
4.1.5 空隙形貌 109
4.1.6 比表面积 110
4.2 空隙空间分布描述的数学方法 110
4.2.1 经典的统计学方法 110
4.2.2 拓扑学方法 110
4.2.3 分形几何方法 111
4.2.4 重正化群方法 111
4.2.5 谱密度方法 111
4.3 空隙空间分布描述的试验方法 112
4.3.1 压汞法 112
4.3.2 气体吸附法 113
4.3.3 X射线层析摄像法 114
4.3.4 小角度X射线散射法 114
4.3.5 光学法 114
4.4 空隙分形的测试评价方法 115
4.4.1 图像分析法 115
4.4.2 压汞法 117
4.4.3 X射线小角度散射法 117
参考文献 118
第5章 沥青混合料空隙力学特性 120
5.1 不同状态下空隙体积模量数学模型 120
5.1.1 多孔沥青混合料空隙模型概念化 120
5.1.2 基于Betti定理的空隙体积模量数学模型 122
5.1.3 空隙体积模量的温度影响关系 125
5.2 有限空隙力学特性 127
5.3 空隙力学特性数值模拟 130
5.3.1 模型的建立与参数的选择 130
5.3.2 骨料变形特性 134
5.3.3 不同荷载下空隙变形特性 138
参考文献 140
第6章 沥青混合料空隙CT图像解析 141
6.1 基于CT技术的沥青混合料数字图像处理与识别 141
6.1.1 沥青混合料数字图像的获取 141
6.1.2 沥青混合料数字图像的处理 142
6.1.3 空隙的属性表征与评价 145
6.2 沥青混合料CT图像二维解析 148
6.3 沥青混合料CT图像空间解析 151
6.4 空隙级配分析法 155
6.5 空隙的分形表达 155
参考文献 155
第7章 沥青混合料空隙分布特性 157
7.1 试件制备与室内试验评价 157
7.1.1 多孔沥青混合料试件制备方案 157
7.1.2 多孔沥青混合料试件制备 157
7.1.3 开级配沥青混合料与SMA试件的制备 161
7.2 沥青混合料空隙横向分布特性 162
7.3 沥青混合料空隙竖向分布特性 164
7.3.1 空隙特征提取图像分析 165
7.3.2 空隙特征参数分析 167
7.3.3 空隙竖向级配分析 167
7.3.4 竖向空隙与横向空隙对比分析 168
7.3.5 空隙轮廓分维数与面积分维数关系分析 169
7.4 沥青混合料空隙空间分布特性 169
7.4.1 空隙率的空间分布规律 175
7.4.2 空隙等效直径的空间分布规律 176
7.4.3 空隙数量的空间分布规律 176
7.4.4 空隙分维数的空间分布规律 177
7.4.5 空隙级配走向规律分析 177
第8章 沥青混合料空隙分布影响因素 179
8.1 矿料级配对沥青混合料空隙分布特性的影响 179
8.1.1 不同级配对沥青混合料空隙分布特性 179
8.1.2 空隙横向分布与竖向分布的对比 183
8.2 压实功对沥青混合料空隙分布特性的影响 184
8.3 压实方法对沥青混合料空隙分布特性的影响 186
第9章 多孔沥青路面空隙衰变行为 190
9.1 基于X-CT技术的空隙衰变试验评价 190
9.1.1 空隙分布对沥青混合料劈裂抗拉强度影响 190
9.1.2 沥青混合料空隙分维数与渗透性能的关系 191
9.1.3 多孔沥青混合料空隙衰变行为探索 192
9.2 基于连续介质线弹性理论的空隙衰变模型 194
9.2.1 具有空隙的线弹性材料理论 194
9.2.2 基于连续介质线弹性理论的沥青混合料参数及其确定方法 196
9.2.3 多孔沥青混合料空隙衰变规律 198
9.3 空隙衰变的龚帕斯模型及衰变行为 200
9.3.1 空隙衰变的龚帕斯模型 201
9.3.2 龚帕斯模型参数的确定 201
9.3.3 基于龚帕斯模型的空隙衰变行为规律 203
9.3.4 基于龚帕斯模型的空隙率预测模型 205
参考文献 206
第10章 基于DEM的多孔沥青路面空隙衰变规律 208
10.1 沥青结合料二维数字重构及离散元模型 208
10.1.1 沥青结合料的数字重构及离散元模型 208
10.1.2 集料颗粒的数字重构及离散元模型 209
10.1.3 沥青混合料的数字重构及离散元模型 211
10.1.4 不同空隙率沥青混合料模型的生成 212
10.2 间接拉伸试验的数值模拟 213
10.2.1 几何模型的构建 213
10.2.2 试验条件的模拟 215
10.2.3 数值模拟结果与分析 216
10.2.4 不同加载速率下间接拉伸试验模拟 218
10.3 多孔沥青路面力学响应的数值模拟 222
10.3.1 模型的建立与参数选择 222
10.3.2 力学响应模拟 225
10.3.3 不同荷载下空隙衰变的模拟 230
参考文献 231
第11章 基于拓扑优化方法的沥青混合料细观结构设计 232
11.1 沥青混合料强度特性优化 232
11.1.1 沥青混合料应变能与空隙率关系 232
11.1.2 沥青混合料强度与应变能关系 235
11.1.3 沥青混合料强度与空隙率关系 235
11.2 沥青混合料排水性能优化 237
11.2.1 沥青混合料的渗透性与空隙关系 238
11.2.2 基于拓扑优化的渗透模型 240
11.3 沥青混合料降噪性能优化 244
11.3.1 轮胎／路面噪声产生机理及控制方法 247
11.3.2 基于降噪的沥青混合料空隙结构优化 252
参考文献 255