凍融過程瀝青混凝土滲流/聚冰機制及破壞特性研究

依據(jù)國家自然科學基金申請書中的相關研究規(guī)劃，項目執(zhí)行期間研究團隊分別對非冰凍條件下瀝青混合料非飽和滲流機制、凍結作用對瀝青混合料滲流機制的影響及凍融作用下瀝青混凝土破壞特性等內(nèi)容展開了深入研究，具體如下： (1)針對水分在瀝青混合料中滲流特征不明確的問題，開發(fā)了多水頭瀝青混合料恒壓滲流裝置，研究了水分在瀝青混合料中傳遞的流態(tài)變化，闡明了非達西滲流在瀝青混合料中的普遍存在性；結合瀝青混合料細觀結構分布特征，對瀝青混合料滲流的方向性進行了合理的解釋，并明確了顯著影響瀝青混合料滲流特征的細觀結構參數(shù)。 (2)為準確觀測瀝青混合料細觀水分分布，基于X-ray斷層掃描技術提出了瀝青混合料細觀水分分布測試方法；研究了該方法對于不同類型試件的適用性和精度，探討了工業(yè)CT掃描參數(shù)對測試結果的影響，提出了應用于瀝青混合料細觀水分分布的最優(yōu)參數(shù)；在此基礎上，初步分析了動/靜水作用下瀝青混合料內(nèi)部水分分布特征，證明了瀝青混合料在不同條件下滲流的活性空隙。 (3)運用宏觀-細觀相結合的分析方法，定量研究了凍融作用下瀝青混合料滲流流態(tài)的變化特征，明確了凍融作用對瀝青混合料達西-非達西滲流轉化的加劇作用；分析了瀝青混合料細觀結構凍融損傷的破壞模式；并借助上述兩方面研究成果，建立了凍融循環(huán)過程中瀝青混合料細觀結構演變規(guī)律與滲流特征間的關系，闡明了凍結作用對瀝青混合料滲流特征的影響。 (4)在上述研究的基礎上，為探究水分滲流引起的凍融損傷對瀝青路面破壞特性的影響，以瀝青混合料疲勞破壞為研究對象，分析了其隨凍融作用的演化規(guī)律及主要影響因素；開展了不同凍融損傷狀態(tài)下的瀝青混合料在小應力條件下細觀應變場的分析，從細觀尺度揭示了凍融作用對瀝青混合料破壞特性影響的機理。 (5)依托本項目發(fā)表學術論文14篇，其中SCI檢索7篇(中科院1區(qū)1篇，2區(qū)4篇，交通運輸工程領域頂級年刊1篇)，影響因子3.0以上3篇，單篇最高影響因子4.844；EI檢索6篇(其中5篇為國家一級期刊)；授權國家發(fā)明專利4項；培養(yǎng)博士生1名(已畢業(yè))，碩士研究3名(已畢業(yè)2人，在讀1人)。 2100433B

瀝青混凝土非飽和滲流是客觀存在的，凍融過程瀝青混凝土滲流/聚冰機制是凍融破壞產(chǎn)生的本源，但目前國內(nèi)外對于凍融過程瀝青混凝土滲流/聚冰機制尚不明確，導致瀝青混凝土凍融破壞缺乏有針對性的研究。本項目采用細觀-宏觀多尺度結合的數(shù)字化技術，研究非冰凍條件下瀝青混凝土非飽和滲流特征與滲透特性，分析凍結過程瀝青混凝土孔隙冰形成與生長過程及其與孔隙特征的關系，明確孔隙冰的存在對瀝青混凝土滲透特性的影響，揭示凍結過程瀝青混凝土滲流/聚冰機制；運用宏觀唯像損傷理論和非平衡統(tǒng)計方法，研究凍融循環(huán)作用下瀝青混凝土損傷擴展特性，建立瀝青混凝土凍融損傷本構模型；結合瀝青混凝土滲流/聚冰機制和凍融損傷擴展特性，研究凍融過程瀝青混凝土細觀變形演變規(guī)律，揭示瀝青混凝土凍融破壞特性。.本研究揭示了瀝青混凝土凍融破壞的本質，對冰凍地區(qū)瀝青混凝土損傷評價和預測具有重要的意義，對于滲流力學及材料學科的發(fā)展有一定的推動作用。

選擇具有完整變形破壞資料的抗滑樁土坡作為重點研究對象，通過現(xiàn)場地質調(diào)查、測試與監(jiān)測和物理模型試驗，對抗滑樁土坡的地下水補徑排規(guī)律、地下水和土體流變特性在邊坡變形破壞過程中的作用方式及變化規(guī)律，開展系統(tǒng)深入的研究工作，揭示抗滑樁土坡變形破壞過程中土體流變和地下水滲流的作用方式與變化特征、樁土的相互作用方式及變化規(guī)律，闡明抗滑樁土坡失穩(wěn)破壞的內(nèi)在機理，提出考慮土體流變、地下水和樁土相互作用下抗滑樁土坡穩(wěn)定性的評價方法。研究成果將為把握抗滑樁土坡變形破壞過程、合理評價邊坡穩(wěn)定性、正確判斷其成災可能性奠定理論基礎。隨著復雜地質山嶺地區(qū)工程建設規(guī)模的不斷增大，特別是高等級公路、鐵路建設速度的加快，此類型滑坡災害問題的嚴重性也在增大。開展抗滑樁土坡的流變滲流特性及破壞機理研究，對合理制定抗滑樁土坡失穩(wěn)破壞的防治方法體系，有著重要的現(xiàn)實意義。 2100433B