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层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响
? 层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响 层间接触对沥青路面抗车辙性能的影响 彭妙娟， 赵文宣 (上海大学，上海 200444) 摘要： 针对沥青路面车辙的影响因素， 建立了沥了沥青混合料一维黏弹塑性本构关系
, 并运
用 ABAQU 软件建立了柔性基层沥青路面车辙分析的有限元模型 , 研究了路面车辙的发展规律 [11] 。彭妙娟等对沥青路面
车辙的本构模型、车辙预估模型以及非线性分析的有限元方
法进行了研究，建立了一个新的非线性黏弹
-弹塑性本构模
型，提出了一个新的沥青路面车辙预估公式，该预估公式可
根据材料特性直接预估车辙深度，
推导了广义 Maxwell
模型
的非线性黏弹性有限元法 [12-14]
。 路面结构层间接触状态
有两种理想的假设，即层间完全连续和层间完全光滑。而实
际路面结构的层间接触介于两种极端情况之间，目前考虑层
间接触问题的路面理论研究多采用弹性层状体系理论，数值
分析多采用有限元法对沥青路面的力学响应进行线性研究，
这些模型与实际工程情况存在差距。本文针对沥青路面车辙
的影响因素，建立了沥青路面的有限元模型，采用黏弹塑性
理论，利用有限元软件
ABAQUS 分析了层间接触对沥青路
面车辙的影响，对不同荷载、不同层间接触状态和不同路面
结构的沥青路面的剪应力和车辙深度进行了非线性分析。
1
有限元模型及计算参数
路面结构 本文采用目前工程
中常用的两种高等级沥青路面结构作为研究对象，即半刚性
路面结构与柔性基层路面结构，
参数如表
1所示。表 1
半
刚性路面结构和柔性基层路面结构

Semi-rigid and
flexible base pavement structures 结构组合沥青结构层厚度 /cm 结构组合沥青结构层厚度 /cm 半刚性路面沥青混凝土中
粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石二灰土
4684020 柔性基层路面沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式
沥青混凝土级配碎石二灰土 516162020 材料参数 考虑
到沥青混凝土具有弹性、塑性、黏弹性和黏塑性，采用了
ABAQUS 有限元软件中的
Drucker-Prager 蠕变模型来模拟沥
青混凝土层的黏弹塑性。
对于受力状态应力保持不变时，
时间硬化蠕变模型表达式为：
(1) 式中， C1，C2，C3
为模
型参数，与温度有关，通常
C2≥ 0， C3≤ 1； t 为时间； q 为
应力。 在分析中假定路面所受压力不受时间的影响，即在
式(1)中的 q 不随时间 t 发生变化，有: (2)
令 (3) (4)
(5)
则有： , (6) 式中， cr 为等效蠕变应变率；
t 为时间； q
为应
力。 A ，m，n 为蠕变参数，它们对温度和材料具有较强的依赖性。 A, n >0 ； -1m≤ 0。 式(6)即为本文车辙分析所采用的
模拟沥青混凝土蠕变行为的 Drucker-Prager 蠕变模型。 为了
让模型更贴近沥青路面实际情况，将温度随沥青层深度变化
的影响纳入考虑范畴， 其中上面层采用 60 ℃时的蠕变参数，
中面层采用 50 ℃时蠕变参数，下面层采用 40 ℃时蠕变参
数[15-16] 。根据沥青混凝土材料蠕变试验，通过多元线性
回归得到 3 种不同沥青混合料在不同温度下的蠕变参数 A ，
m 和 n，如表 2 所示。因基层与土基对车辙的影响较小，所
以将其视为弹性体， 基层与土基结构层参数如表

3所示。表
2 沥青混合料蠕变参数 Creep parameters of asphalt
mixtures 沥青材料 Anm 上面层沥青混凝土 ×
10-- 中面层沥青混凝土 × 10--
下面层沥青混凝土 ×10-- 表 3 基层与土
基结构层参数 Parameters of base layer and soil
foundation 结构层弹性模量 /MPa 泊松比水泥碎石稳定层
级配碎石 二灰土 土基
模型