水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法及系統(tǒng)

本發(fā)明涉及瀝青路面養(yǎng)護(hù)，特別是涉及一種水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、反射裂縫擴(kuò)展至路表時(shí)，車輛行駛過程中的砂礫、降雨降雪過程中的水都會沿反射裂縫進(jìn)入瀝青路面內(nèi)部。因此水對瀝青路面性能的影響一直是不可忽視的重要的研究內(nèi)容。存在表面徑流的路面不斷承受車輛荷載時(shí)，輪胎高速轉(zhuǎn)動帶動水不斷地“擠壓”、“抽吸”路面結(jié)構(gòu)，該過程難追蹤，難監(jiān)測且現(xiàn)有的室內(nèi)試驗(yàn)方法難以還原實(shí)際路面中水進(jìn)入反射裂縫的劣化過程。若此時(shí)存在反射至路表的橫向裂縫，將加劇該過程，同時(shí)加速水進(jìn)入面層甚至基層。進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水在行車荷載的不斷作用下導(dǎo)致水膨脹與水沖刷，隨著水的不斷深入，穿透面層的水分會對基層頂面形成動態(tài)水力沖刷，造成裂縫進(jìn)一步劣化，進(jìn)而加速路面結(jié)構(gòu)服役性能下降。目前基于離散元方法也有較為成熟的流-固耦合算法，然而將流-固耦合算法運(yùn)用至含剛性簇的足尺瀝青路面離散元模型中，且對于反射裂縫擴(kuò)展至路表后，在不規(guī)則水力作用下反射裂縫的劣化規(guī)律研究仍無較好的方法與準(zhǔn)確定論。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法及系統(tǒng)，基于離散元方法實(shí)現(xiàn)了反射裂縫擴(kuò)展至路表后，在水力耦合作用下的劣化過程模擬，分析水力耦合作用下反射裂縫的劣化規(guī)律，為后續(xù)的養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一方面提供水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法，包括：

4、構(gòu)建瀝青路面離散元模型，其中所述瀝青路面離散元模型含有發(fā)展至路表的反射裂縫；

5、在所述瀝青路面離散元模型的所述反射裂縫處施加水力，監(jiān)測所述反射裂縫發(fā)展至路表后的劣化行為，實(shí)時(shí)輸出監(jiān)測結(jié)果。

6、可選的，構(gòu)建瀝青路面離散元模型包括：

7、基于離散元軟件生成符合瀝青混合料級配的粗集料、膠漿和孔隙；

8、預(yù)設(shè)預(yù)制裂縫、所述粗集料和所述膠漿的接觸模型，以墻的方式設(shè)置移動加載板，其中所述預(yù)制裂縫貫穿基層；

9、在移動荷載作用下所述預(yù)制裂縫擴(kuò)展貫穿瀝青路面面層。

10、可選的，預(yù)設(shè)預(yù)制裂縫、所述粗集料和所述膠漿的接觸模型包括：

11、所述膠漿與所述膠漿、所述膠漿與所述粗集料間為平行粘結(jié)模型、所述粗集料與所述粗集料間為線性接觸模型、所述預(yù)制裂縫為光滑節(jié)理接觸模型。

12、可選的，在所述瀝青路面離散元模型的所述反射裂縫處施加水力包括：

13、基于所述瀝青路面離散元模型根據(jù)達(dá)西定律，在所述瀝青路面離散元模型添加包含流體域與流體通道的流體網(wǎng)絡(luò)；

14、基于所述流體網(wǎng)絡(luò)，通過區(qū)域判別算法以及裂縫判別算法在所述反射裂縫處施加水力。

15、可選的，通過區(qū)域判別算法以及裂縫判別算法在所述反射裂縫處施加水力包括：

16、基于所述區(qū)域判別算法判別與所述膠漿的所有接觸、判別膠漿與粗集料接觸的位置并刪除所述粗集料內(nèi)部的所述流體域，獲取最終瀝青路面離散元模型；

17、在所述最終瀝青路面離散元模型中通過所述裂縫判別算法，在所述反射裂縫處施加水力。

18、可選的，通過所述裂縫判別算法，在所述反射裂縫處施加水力包括：

19、通過遍歷離散裂隙網(wǎng)絡(luò)dfn確定所述反射裂縫的位置，并在所述反射裂縫的位置施加水力。

20、另一方面提供水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測系統(tǒng)包括：第一模型構(gòu)建模塊以及第二模型構(gòu)建模塊；

21、所述第一模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建瀝青路面離散元模型，其中所述瀝青路面離散元模型含有發(fā)展至路表的反射裂縫；

22、所述第二模型構(gòu)建模塊，用于在所述瀝青路面離散元模型的所述反射裂縫處施加水力，監(jiān)測所述反射裂縫發(fā)展至路表后的劣化行為，實(shí)時(shí)輸出監(jiān)測結(jié)果。

23、可選的，第一模型構(gòu)建模塊包括第一構(gòu)建單元、設(shè)置單元以及荷載單元；

24、所述第一構(gòu)建單元，用于基于離散元軟件生成瀝青混合料級配的粗集料、膠漿和孔隙，構(gòu)建所述瀝青路面離散元模型；

25、所述設(shè)置單元，用于預(yù)設(shè)預(yù)制裂縫、所述粗集料和所述膠漿的接觸模型，以墻的方式設(shè)置移動加載板，其中所述預(yù)制裂縫貫穿基層；

26、所述荷載單元，用于在移動荷載作用下所述預(yù)制裂縫擴(kuò)展貫穿瀝青路面面層。

27、可選的，第二模型構(gòu)建模塊包括第二構(gòu)建單元、區(qū)域判別單元、裂縫判別單元以及監(jiān)測單元；

28、所述第二構(gòu)建單元，用于基于所述瀝青路面離散元根據(jù)達(dá)西定律，在所述瀝青路面離散元模型添加包含流體域與流體通道的流體網(wǎng)絡(luò)；

29、所述區(qū)域判別單元，用于基于所述區(qū)域判別算法,判別與所述膠漿的所有接觸、判別膠漿與粗集料接觸的位置并刪除所述粗集料內(nèi)部的所述流體域，獲取最終瀝青路面離散元模型；

30、所述裂縫判別單元，用于通過遍歷最終瀝青路面離散元模型中離散裂隙網(wǎng)絡(luò)dfn確定所述反射裂縫的位置，在所述反射裂縫的位置施加水力；

31、所述監(jiān)測單元，用于監(jiān)測所述反射裂縫發(fā)展至路表后的劣化行為，實(shí)時(shí)輸出監(jiān)測結(jié)果。

32、本發(fā)明的有益效果為：基于離散元和流-固耦合的方式，實(shí)現(xiàn)了反射裂縫擴(kuò)展至路表后在水力耦合作用下的劣化過程模擬。分析了水力影響對反射裂縫劣化過程的影響規(guī)律，解決了水力作用于反射裂縫時(shí)劣化規(guī)律不明確，難以制定養(yǎng)護(hù)決策等問題。

技術(shù)特征：

1.水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法，其特征在于，構(gòu)建瀝青路面離散元模型包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法，其特征在于，預(yù)設(shè)預(yù)制裂縫、所述粗集料和所述膠漿的接觸模型包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法，其特征在于，在所述瀝青路面離散元模型的所述反射裂縫處施加水力包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法，其特征在于，通過區(qū)域判別算法以及裂縫判別算法在所述反射裂縫處施加水力包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法，其特征在于，通過所述裂縫判別算法，在所述反射裂縫處施加水力包括：

7.水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：第一模型構(gòu)建模塊以及第二模型構(gòu)建模塊；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，第一模型構(gòu)建模塊包括第一構(gòu)建單元、設(shè)置單元以及荷載單元；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，第二模型構(gòu)建模塊包括第二構(gòu)建單元、區(qū)域判別單元、裂縫判別單元以及監(jiān)測單元；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及水力作用下瀝青路面反射裂縫劣化過程監(jiān)測方法及系統(tǒng)，方法包括：構(gòu)建瀝青路面離散元模型，其中所述瀝青路面離散元模型含有發(fā)展至路表的反射裂縫；在所述瀝青路面離散元模型的所述反射裂縫處施加水力，監(jiān)測所述反射裂縫發(fā)展至路表后的劣化行為，實(shí)時(shí)輸出監(jiān)測結(jié)果。本發(fā)明基于離散元方法實(shí)現(xiàn)了反射裂縫擴(kuò)展至路表后，在水力耦合作用下的劣化過程模擬。分析水力耦合作用下反射裂縫的劣化規(guī)律，為后續(xù)的養(yǎng)護(hù)決策提供依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：朱浩然,魏國訪,徐歡,馬東升,梅文杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31