凍融過(guò)程瀝青混凝土滲流/聚冰機(jī)制及破壞特性研究項(xiàng)目摘要

瀝青混凝土非飽和滲流是客觀存在的，凍融過(guò)程瀝青混凝土滲流/聚冰機(jī)制是凍融破壞產(chǎn)生的本源，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于凍融過(guò)程瀝青混凝土滲流/聚冰機(jī)制尚不明確，導(dǎo)致瀝青混凝土凍融破壞缺乏有針對(duì)性的研究。本項(xiàng)目采用細(xì)觀-宏觀多尺度結(jié)合的數(shù)字化技術(shù)，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(jié)過(guò)程瀝青混凝土孔隙冰形成與生長(zhǎng)過(guò)程及其與孔隙特征的關(guān)系，明確孔隙冰的存在對(duì)瀝青混凝土滲透特性的影響，揭示凍結(jié)過(guò)程瀝青混凝土滲流/聚冰機(jī)制；運(yùn)用宏觀唯像損傷理論和非平衡統(tǒng)計(jì)方法，研究?jī)鋈谘h(huán)作用下瀝青混凝土損傷擴(kuò)展特性，建立瀝青混凝土凍融損傷本構(gòu)模型；結(jié)合瀝青混凝土滲流/聚冰機(jī)制和凍融損傷擴(kuò)展特性，研究?jī)鋈谶^(guò)程瀝青混凝土細(xì)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(zhì)，對(duì)冰凍地區(qū)瀝青混凝土損傷評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)具有重要的意義，對(duì)于滲流力學(xué)及材料學(xué)科的發(fā)展有一定的推動(dòng)作用。

依據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金申請(qǐng)書(shū)中的相關(guān)研究規(guī)劃，項(xiàng)目執(zhí)行期間研究團(tuán)隊(duì)分別對(duì)非冰凍條件下瀝青混合料非飽和滲流機(jī)制、凍結(jié)作用對(duì)瀝青混合料滲流機(jī)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(kāi)了深入研究，具體如下： (1)針對(duì)水分在瀝青混合料中滲流特征不明確的問(wèn)題，開(kāi)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(dá)西滲流在瀝青混合料中的普遍存在性；結(jié)合瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)分布特征，對(duì)瀝青混合料滲流的方向性進(jìn)行了合理的解釋?zhuān)⒚鞔_了顯著影響瀝青混合料滲流特征的細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。 (2)為準(zhǔn)確觀測(cè)瀝青混合料細(xì)觀水分分布，基于X-ray斷層掃描技術(shù)提出了瀝青混合料細(xì)觀水分分布測(cè)試方法；研究了該方法對(duì)于不同類(lèi)型試件的適用性和精度，探討了工業(yè)CT掃描參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，提出了應(yīng)用于瀝青混合料細(xì)觀水分分布的最優(yōu)參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，初步分析了動(dòng)/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(yùn)用宏觀-細(xì)觀相結(jié)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(duì)瀝青混合料達(dá)西-非達(dá)西滲流轉(zhuǎn)化的加劇作用；分析了瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)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(guò)程中瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律與滲流特征間的關(guān)系，闡明了凍結(jié)作用對(duì)瀝青混合料滲流特征的影響。 (4)在上述研究的基礎(chǔ)上，為探究水分滲流引起的凍融損傷對(duì)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(duì)象，分析了其隨凍融作用的演化規(guī)律及主要影響因素；開(kāi)展了不同凍融損傷狀態(tài)下的瀝青混合料在小應(yīng)力條件下細(xì)觀應(yīng)變場(chǎng)的分析，從細(xì)觀尺度揭示了凍融作用對(duì)瀝青混合料破壞特性影響的機(jī)理。 (5)依托本項(xiàng)目發(fā)表學(xué)術(shù)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(yùn)輸工程領(lǐng)域頂級(jí)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(guó)家一級(jí)期刊)；授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)；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

選擇具有完整變形破壞資料的抗滑樁土坡作為重點(diǎn)研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、測(cè)試與監(jiān)測(cè)和物理模型試驗(yàn)，對(duì)抗滑樁土坡的地下水補(bǔ)徑排規(guī)律、地下水和土體流變特性在邊坡變形破壞過(guò)程中的作用方式及變化規(guī)律，開(kāi)展系統(tǒng)深入的研究工作，揭示抗滑樁土坡變形破壞過(guò)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(jī)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(píng)價(jià)方法。研究成果將為把握抗滑樁土坡變形破壞過(guò)程、合理評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性、正確判斷其成災(zāi)可能性奠定理論基礎(chǔ)。隨著復(fù)雜地質(zhì)山嶺地區(qū)工程建設(shè)規(guī)模的不斷增大，特別是高等級(jí)公路、鐵路建設(shè)速度的加快，此類(lèi)型滑坡災(zāi)害問(wèn)題的嚴(yán)重性也在增大。開(kāi)展抗滑樁土坡的流變滲流特性及破壞機(jī)理研究，對(duì)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(shí)意義。 2100433B