[发明专利]一种沥青混合料的半圆弯曲数值试验方法

权利要求书

1.一种沥青混合料的半圆弯曲数值试验方法，其特征在于，所述数值试验方法包括如下步骤：

(A)测定沥青混合料基本参数，根据所述基本参数在PFC^2D平台上建立物理模型，得到沥青混合料模拟试件；

所述基本参数包括不同规格粗集料的密度、沥青砂浆的密度、沥青混合料的密度和沥青混合料的配合比；所述的粗集料是指沥青混合料中粒径大于1.18mm的集料；所述的沥青砂浆是由沥青、矿粉和粒径小于1.18mm的集料组成的；所述的沥青混合料配合比是指沥青混合料孔隙率、沥青混合料中沥青砂浆质量百分比和沥青混合料中各规格粗集料的分计筛余百分率；

所述物理模型通过在PFC^2D平台建立封闭区域，在所述封闭区域内建立母体颗粒和子颗粒，然后根据所述母体颗粒和所述子颗粒生成粗集料模块、沥青砂浆模块和沥青孔隙模块，接着利用PFC^2D内置命令“delete”删除所述封闭区域的两片水平墙体和两片竖直墙体，最后根据半圆弯曲室内试验对试件尺寸的要求，利用PFC^2D内置命令“delete”删除所述封闭区域内多余的子颗粒，得到沥青混合料物理模型；

(B)赋予所述沥青混合料模拟试件微力学参数，并且描述所述沥青混合料模拟试件的力学特性；

所述微力学参数包括粗集料的泊松比、粗集料的弹性模量、沥青砂浆的动态模量和沥青砂浆的相位角；

(C)在PFC^2D平台中模拟半圆弯曲室内试验的加载装置和加载过程，得到应力与位移的关系曲线；

所述的母体颗粒按以下步骤生成：根据所述封闭区域面积、沥青混合料配合比、沥青混合料密度、沥青砂浆密度和不同规格粗集料密度计算第i种规格粗集料的二维映射面积S_i，见式(1)；利用PFC^2D内置命令“ball”在所述封闭区域中生成圆颗粒，并使之符合第i种规格粗集料的粒径要求；当生成颗粒的总面积达到S_i时，停止颗粒生成，这些圆颗粒即为第i种规格粗集料的母体颗粒；

所述母体颗粒生成后，通过PFC^2D内置命令“array”存储每个母体颗粒的圆心坐标、半径、编号，利用PFC^2D内置命令“delete”删除上述母体颗粒；

所述二维映射面积S_i采用公式(1)计算得到：

式中，S_i为第i种规格粗集料的二维映射面积，cm²；p为沥青混合料的孔隙率，％；ρ为沥青混合料的密度，g/cm³；H为所述封闭区域竖直墙体的长度，cm；ρ_m为沥青砂浆的密度，g/cm³；q：沥青砂浆在沥青混合料中的质量百分比，％；P_i为第i种规格粗集料的分计筛余百分率，％；ρ_i为第i种规格粗集料的密度，g/cm³；

其中，i为大于0的自然数；

所述子颗粒通过PFC^2D内置命令“generate”在所述封闭区域内生成并且布满封闭区域，所述子颗粒的直径为1mm；

所述粗集料模块的生成包括如下步骤：

(a)通过PFC^2D内置命令“b_id”搜索第i种规格的粗集料中编号为t的母体颗粒的圆心坐标和半径，然后计算出编号为t的母体颗粒对应的粗集料的顶点坐标，得到编号为t的母体颗粒对应的粗集料的顶点，所述顶点坐标通过公式(2)-(5)计算得到；

(b)通过PFC^2D内置命令“line”连接各所述顶点，得到多边形区域；

(c)通过PFC^2D内置命令“cluster”将所述多边形区域内的子颗粒组合成多边形粗集料，得到粗集料模块；

(d)按(a)～(c)所述步骤将第i种规格粗集料的所有母体颗粒信息转换为相对应的粗集料模块，从而完成第i种规格粗集料模块的生成；

r_i,t,c＝R_i,t+(2λ_i,t,c-1)R_i,min (3)

x_i,t,c＝x_i,t+r_i,t,ccosθ_i,t,c (4)

y_i,t,c＝y_i,t+r_i,t,csinθ_i,t,c (5)

式中：n_i,t为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒对应的粗集料的边数，并且n_i,t为不小于4且不大于8的随机自然数；θ_i,t,c为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒对应的粗集料的第c个顶点坐标的极角弧度，rad；r_i,t,c为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒对应的粗集料的第c个顶点坐标的极半径长度，cm；R_i,t为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒的半径，cm；R_i,min为第i种规格粗集料的粒径下限，cm；λ_i,t,c、η_i,t,c和δ_i,t,c用于确定第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒对应的粗集料的第c个顶点的坐标信息的随机数，大于0且小于1；x_i,t,c为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒对应的粗集料的第c个顶点的x轴坐标，cm；x_i,t为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒圆心的x轴坐标，cm；y_i,t,c为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒对应的粗集料的第c个顶点的y轴坐标，cm；y_i,t为第i种规格粗集料中编号为t的母体颗粒圆心的y轴坐标，cm；

其中，i和t为大于0的自然数，c＝1,2,…,n；

所述沥青砂浆模块通过PFC^2D内置命令“cluster”将不属于任何粗集料模块的子颗粒组合为一个整体，得到沥青砂浆模块；

所述沥青孔隙模块通过PFC^2D内置命令“random delete”在所述沥青砂浆模块中删除b个子颗粒，得到沥青孔隙模块；b通过公式(6)计算得到：

式中，int为将一个数值向下取整为最接近的整数的函数；p为沥青混合料的孔隙率，％；H为所述封闭区域竖直墙体的长度，cm。