芯樣的空隙率普遍小于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的原始試件

芯樣的空隙率普遍小于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的原始試件。對(duì)于預(yù)定空隙率為4%的試件，鉆芯前后試件空隙率差值在1.0%左右，對(duì)于預(yù)定空隙率為7%的試件，鉆芯前后空隙率差值在1.3%左右。這可能是由于空隙率的測(cè)試采用的是表十法，原始試樣表面比較粗糙，測(cè)試時(shí)水分保留的多少影響了密度的計(jì)算。若表面水分未被吸干，試件的表十質(zhì)量就大，對(duì)于同樣的理論密度，試件的空隙率就偏大。而芯樣試件由于表面光滑，表面不會(huì)存水，試件的表十質(zhì)量小，對(duì)于同樣的理論密度，試件的空隙率也就偏小。后續(xù)試件成型中，為保證芯樣試件的空隙率接近預(yù)期空隙率，需嚴(yán)格原樣試件密度測(cè)試方法，或有意識(shí)的放大原樣試件的空隙率標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)得到芯樣空隙率與原試件空隙率的關(guān)系，可以表示為：W=0.8937xW 「0.6124 R2=0.9838 （2-1）芯樣的目標(biāo)空隙率為4%，則旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件的空隙率應(yīng)為5.16%。實(shí)際試驗(yàn)中，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型試件的空隙率控制為5.2%，鉆芯切割后的芯樣空隙率滿足了試驗(yàn)要求。可以看出，瀝青混合料在荷載作用下，永久變形的規(guī)律基本相同，都呈現(xiàn)出三階段變形規(guī)律：第一階段，永久變形隨荷載作用次數(shù)減速增長(zhǎng)；第二階段，永久變形穩(wěn)定增長(zhǎng)；第三階段，永久變形加速增長(zhǎng)。在同一溫度下，應(yīng)力水平增大，在相同的荷載作用次數(shù)下永久變形會(huì)隨之增大，穩(wěn)定期永久應(yīng)變發(fā)展速率增大且破壞期會(huì)提前到來(lái)；同樣，在同一應(yīng)力水平下，在相同的荷載作用次數(shù)時(shí)永久變形也會(huì)隨溫度升高而增大，也會(huì)出現(xiàn)破壞期提前到來(lái)的現(xiàn)象。這一方面說(shuō)明，溫度和應(yīng)力對(duì)瀝青混合料高溫抗變形的性能有很大的影響，應(yīng)當(dāng)通過(guò)改善膠結(jié)料性能和級(jí)配等各種途徑來(lái)提高瀝青路面在高溫和重載下的抗變形性能；另一方面也說(shuō)明，溫度、應(yīng)力和時(shí)間之間均會(huì)存在等效關(guān)系，即高溫（高應(yīng)力）短時(shí)間與低溫（低應(yīng)力）長(zhǎng)時(shí)間在產(chǎn)生永久變形上，效果是相同的。在相同的溫度和應(yīng)力條件下，AC-13,AC-20需要較長(zhǎng)的時(shí)間才進(jìn)入破壞階段，而AC-25則需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能進(jìn)入破壞階段。而且在相同的荷載作用次數(shù)下，AC-13的永久變形較大，AC-20的永久變形相對(duì)較小，而AC-25的永久變形更小。這說(shuō)明級(jí)配會(huì)影響高溫重載下瀝青混合料的抗變形性能，在瀝青混合料設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該通過(guò)性能試驗(yàn)比較不同級(jí)配瀝青混合料的抗高溫變形性質(zhì)，進(jìn)而優(yōu)選出抗變形性能優(yōu)良的級(jí)配形式。損傷力學(xué)認(rèn)為，材料存在初始損傷，從初始變形直至破壞是一個(gè)材料逐漸劣化的過(guò)程。隨著外荷載的增加或者環(huán)境的作用，這些初始損傷也將發(fā)生由量變直至破壞的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，損傷基元的存在和發(fā)展演化，使得材料既非均勻，也不連續(xù)。損傷力學(xué)就是采用這種非均質(zhì)、非連續(xù)的方法研究材料的破壞過(guò)程［15］。損傷力學(xué)的研究過(guò)程可以簡(jiǎn)要地概括如下：①選擇合適的表征損傷的狀態(tài)變量即損傷變量；②通過(guò)實(shí)驗(yàn)或連續(xù)熱力學(xué)與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)途徑，確定含損傷變量的損傷演化方程和本構(gòu)方程，并做相應(yīng)的簡(jiǎn)化；③與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的其他方程一起形成損傷力學(xué)初邊值問(wèn)題或變分問(wèn)題的數(shù)學(xué)提法，求解物體的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)和損傷場(chǎng)；④根據(jù)損傷的臨界條件來(lái)衡量材料與結(jié)構(gòu)的損傷度和可安全使用的界限。損傷力學(xué)研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于含損傷變量的損傷演化方程和本構(gòu)方程的建立，由于不同材料和不同損傷過(guò)程的細(xì)觀機(jī)制十分復(fù)雜，且常常有多種機(jī)制交互并存，難以在力學(xué)模型上窮盡對(duì)其機(jī)制的力學(xué)描述，一般就考慮主要問(wèn)題而忽略次要問(wèn)題U6】。（1）損傷變量、有效應(yīng)力和應(yīng)變等效假設(shè)1958年，Kachanov在研究金屬材料蠕變的過(guò)程中，提出連續(xù)度的概念?，F(xiàn)在損傷力學(xué)綜同樣適用的損傷變量的定義時(shí)Rabotnov將Kachanov連續(xù)度的概念推廣后于1963年提出的。材料損傷定義為材料損傷演化的過(guò)程中材料承受荷載的有效面積逐漸減下，可以用下式描述"］：D=1—$ （3-27）S式中：D為損傷因子，0<D<1；S為有效承載面積；S為無(wú)損狀態(tài)是的承載面積。雖然Rabotnov的損傷定義物理意義非常明確，但材料承載面積變化的測(cè)定非常困難，這種定義只停留在概念上。隨著損傷力學(xué)在工程應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣便于實(shí)際測(cè)定的損傷定義。目前常用宏觀變量來(lái)描述結(jié)構(gòu)的損傷，這種采用宏觀變量代表結(jié)構(gòu)內(nèi)部因?yàn)閾p傷或其他因素而發(fā)生的變化，叫內(nèi)部狀態(tài)變量，簡(jiǎn)稱內(nèi)變量。內(nèi)變量是只通常平衡熱力學(xué)之外的一些獨(dú)立變量。在選擇時(shí)注重是否能代表物體的內(nèi)部變化，是否具有明確的力學(xué)意義，還要求盡量簡(jiǎn)單，便于測(cè)試和分析計(jì)算。其中應(yīng)用最廣發(fā)的定義就是一模量的變化來(lái)定義損傷，即［18］式中E為損狀態(tài)下的模量，E為無(wú)損狀態(tài)時(shí)的模量。由式容易得到s=工，因此外荷載作用下材料承受的有效應(yīng)力可以記為1-Db=M （3-29）~1-D式中：乏為有效應(yīng)力；。為Cauchy應(yīng)力，或者稱為名義應(yīng)力。顯然，僅當(dāng)D=0時(shí)，Cauchy應(yīng)力與有效應(yīng)力二者相等。Lemaitre在繼承Kachanov-Rabotnov損傷與有效應(yīng)力概念的基礎(chǔ)上，于1971年提出著名的應(yīng)變等效假設(shè)"I。這一假設(shè)認(rèn)為，受損材料的變形行為可以只通過(guò)有效應(yīng)力來(lái)體現(xiàn)，有效應(yīng)力作用于等效無(wú)損材料的應(yīng)變與Cauchy應(yīng)力作用于損傷材料的應(yīng)變相等價(jià)。應(yīng)變等效假設(shè)對(duì)損傷力學(xué)的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用，至今仍得到廣泛的應(yīng)用。（2）重復(fù)荷載下疲勞損傷模型在交變荷載的作用下，結(jié)構(gòu)中會(huì)有大量的微裂紋成核，并且微裂紋隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，最終形成宏觀裂紋導(dǎo)致材料的破壞，這種破壞稱為疲勞損傷破壞［20］。在結(jié)構(gòu)疲勞破壞之前的荷載循環(huán)作用次數(shù)稱為疲勞壽命。與蠕變損傷不同的是蠕變損傷中損傷是時(shí)間的函數(shù)，而疲勞損傷分析中通常關(guān)心的是疲勞壽命問(wèn)題，所以疲勞損傷問(wèn)題中的損傷通常表示成荷載循環(huán)次數(shù)的函數(shù)。按照損傷演化律和損傷累積律的不同，疲勞損傷模型有線性損傷演化線性損傷累積、線性損傷演化非線性損傷累積、非線性損傷演化線性損傷累積和非線性損傷演化非線性損傷累積之分。所謂線性損傷演化［21］，指的是損傷D與荷載重復(fù)作用次數(shù)呈線性關(guān)系，否則稱為非線性損傷演化；所謂線性損傷累積，是指在多級(jí)荷載先后作用下，如果改變加載順序而當(dāng)前損傷值不發(fā)生變化，否則稱為疲勞損傷的非線性累積。①M(fèi)iner線性疲勞損傷模型一個(gè)最簡(jiǎn)單、被廣泛采用的疲勞損傷模型是Miner線性疲勞損傷模型［22］。其損傷演化方程為：（3-30）其中，Nf為疲勞壽命，N為荷載循環(huán)作用次數(shù)。由上式可見(jiàn)，Miner模型

認(rèn)為相同的荷載條件下，損傷呈線性變化，而且每周期荷載作用產(chǎn)生的損傷相等，即認(rèn)為損傷的演化是線性的。在多級(jí)加載情況下，設(shè)材料依次承受應(yīng)力幅為&1，△七，△七，…的循環(huán)荷載作用，經(jīng)歷的循環(huán)荷載作用次數(shù)分別為AN1,AN2，AN3，…那么損傷累積值為：（3-31）其中N’k為A氣單獨(dú)作用時(shí)的疲勞壽命。上式實(shí)際上也表明損傷的累積是線性的，即任意改變加載順序，對(duì)當(dāng)前損傷值是沒(méi)有影響的。②非線性疲勞損傷模型非線性疲勞損傷模型的一般表達(dá)式為［23］竺=f（。，D,T） （3-32）dN式中，a—應(yīng)力；D一損傷變量；T一溫度；N—疲勞荷載重復(fù)作用次數(shù)。Chaboche提出了一維疲勞損傷累積模型，其表達(dá)式為［24］（3-33）a-a（3-33） =M M(a)(1-D)式中，aM—最大應(yīng)力；a一平均應(yīng)力；p，以,m（a）一與溫度有關(guān)的材料參數(shù)，其它符號(hào)意義同前。Lemaitre提出了疲勞損傷模型/］，其基本假定是每一疲勞循環(huán)過(guò)程中，伴隨著微塑性應(yīng)變8〃和微塑性損傷D，疲勞損傷是微塑性損傷累積的結(jié)果，其表達(dá)式為dD 、d—=2jamGf（a,D,T）da （3-34）m式中，a一最小應(yīng)力，其它符號(hào)意義同前。mChaboche和Lemaitre等人提出的疲勞損傷演化方程，可以統(tǒng)一表征如下位="丫dN位="丫dN"1-D)(1-D)-q（3-35）式中，”、p、q為材料的特性損傷參數(shù)，其它符號(hào)意義同前。式中，由于工程結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，材料性質(zhì)也相去甚遠(yuǎn)，因此在應(yīng)用損傷力學(xué)來(lái)分析結(jié)構(gòu)疲勞壽命時(shí)，出現(xiàn)了各種各樣的疲勞損傷模型，這里不一一列舉了。（3）含損傷結(jié)構(gòu)定解問(wèn)題的求解方法目前關(guān)于含損傷結(jié)構(gòu)定解問(wèn)題的求解方法主要有三種［26：第一是全解耦合方法，認(rèn)為損傷對(duì)結(jié)構(gòu)中應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)沒(méi)有影響，首先利用無(wú)損材料的本構(gòu)關(guān)系、平衡方程求解應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，然后代入損傷演化方程的一種求解方法，這種耦合方法最簡(jiǎn)單。第二是全耦合方法，這是一種嚴(yán)格和準(zhǔn)確的計(jì)算方法，它認(rèn)為損傷導(dǎo)致材料參數(shù)的變化會(huì)造成應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的重新分布，因此在計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)時(shí)采用含損傷的本構(gòu)關(guān)系。這種解法的工作量十分龐大，迄今只有少數(shù)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題得到了解析解。第三種是半解耦合