考虑堵塞效应的排水沥青路面渗流行为多尺度研究

发布时间：2020-11-06 16:31

　　 持久的渗排水能力是衡量排水沥青路面使用性能的关键参数。渗排水能力主要受排水沥青混合料内部空隙的空间分布特征控制,而在路面长期服役过程中,因反复行车荷载导致的集料颗粒压实效应、固体小颗粒在混合料空隙内的堆积等作用使得混合料易出现空隙堵塞现象,导致路面渗排水能力出现不同程度的下降。为确保排水沥青路面的持久渗排水能力,需要深入了解水分在排水沥青混合料内部的渗透规律,评估其渗水性能衰减的主要影响因素。本文围绕空隙堵塞条件影响下的排水沥青路面内部水分渗透行为问题,以排水沥青混合料内部水分渗透过程为研究对象,运用宏、细观分析方法,多尺度表征排水沥青混合料内部渗水过程的各向异性,量化堵塞条件影响下的排水沥青路面渗水衰减过程。从宏观上,通过控制空隙率的变化来表征沥青混合料空隙堵塞条件,采用沥青混合料渗透性能各向异性装置开展渗水实验,获得了渗出水量及试件内部滞留水量,从宏观角度量化堵塞条件影响下的排水沥青路面渗水过程的空间各向异性。从细观上,基于X-ray CT扫描和数字图像处理技术,获取排水沥青混合料内部细观结构,选取空隙率、连通空隙率、空隙等效直径、弯曲度以及最小截面面积作为表征空隙变化的细观参数,得到堵塞条件影响下的排水沥青混合料内部空隙的变化过程。结合宏、细观分析结论,基于多孔介质渗流理论,利用ABAQUS建立水-荷载作用下的沥青路面有限元模型,结合细观分析信息对路面内部宏观渗透系数进行修正,模拟轮载作用下的路面渗水过程,获取路面内部渗水速度的时空变化过程。结果表明:排水沥青混合料内部的渗水过程具有明显的各向异性,滞留水量一定程度上可以反映混合料内部的半连通空隙。相比于总空隙率,采用连通空隙率来表征排水沥青混合料的排水性能更加准确,空隙的弯曲度影响排水时间,深度方向的最小空隙截面面积制约着排水能力。排水沥青路面横向渗透行为比垂向渗透行为更为显著,横向渗透系数大约是垂向渗透系数的1.66~2.43倍。随着空隙率衰减,各向渗透能力均有不同程度的衰减,垂向渗透能力衰减相对更快。轮载作用可以加快路面内部水分的垂向渗透。空隙堵塞严重时,水分在面层底部沿水平方向逐渐扩散,扩散范围由路表向内逐渐扩张,延长了水分在路面内部的滞留时间,对路面结构的稳定性不利。综上,较好的垂向渗透能力能够快速消除路表积水,提高行车安全性;当空隙被堵塞导致内部空隙率下降时,需要较高的横向渗透能力将水排出路面结构,提高路面结构耐久性。空隙堵塞条件影响下的排水沥青路面内部水分渗透行为分析,可以量化堵塞条件影响下的排水沥青路面渗水衰减过程,进而为排水沥青路面的设计与养护提供科学性指导建议。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U416.217
【部分图文】：

技术路线图

通过测试获取沥青混合料试件内部滞留水量沥青混合料试件的“渗透”、“渗水”类型；根据各部分内部垂向渗透能力、横向渗透能力、侧向渗透能力进行件的滞留水量、垂向渗透系数、横向渗透系数、侧向渗合料试件横观渗透能力的评定。测量装置结构示意图收集装置，给水装置顶部有圆形给水口，其直径约为待圆形收集装置由内而外分隔成中心区域、中间区域和向渗透水量，其直径与给水口直径相同；中间区域半径外缘直径大于测试试件的直径。量1M 与试件饱和含水质量2M ，根据水量平衡原理，可试时，采用水量控制法，记录时间T 内的给水量Q，单间区域和外部区域的渗水量分别记为1Q 、2Q 、3Q ；件内部滞留水量：21M M M滞留，单位：g；垂向 100%3 Q ； 扩散渗透百分比： /2212B QQ Q Q /100%3123 QQ Q Q 。

图 2-2 车辙试验动稳定度（2）水稳定性现有沥青混合料水稳定性测试方法通过多种方式模拟水温荷载作用，以此评价合料的内部粘结力，检验沥青与集料的粘附性能。本文采用浸水马歇尔试验测沥青混合料的水稳定性，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JT011）T0703 击实法成型两组标准马歇尔试件。一组试件于 60℃恒温水浴保时，然后测其浸水稳定度1MS ，另一组试件 60℃恒温水浴保温 30 分钟，然后尔稳定度MS 。下式为残留稳定度0MS 计算公式。10010 MSMSMS （2.试验结果如表 2.7 所示，五种排水沥青混合料的水稳定性均满足要求。表 2.7 排水沥青混合料的水稳定性混合料类型/空隙率 马歇尔试件稳定度/kN 残留稳定度/%23%最大值 6.21 84.6最小值 5.46 80.7平均值 5.88 8319%最大值 7.16 89.1最小值 6.67 84.3
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本文编号：2873376