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沥青混合料低温劈裂试验离散元数值模拟影响因素分析
摘要
沥青混合料（asphaltmixture）是公路养护和修建中应用广泛的一种材料，其低温劈裂性能是影响公路使用寿命和安全的重要因素之一。本文以沥青混合料低温劈裂试验为研究对象，采用离散元数值模拟方法，对影响低温劈裂性能的因素进行了分析。研究结果表明，沥青混合料的配合比、温度、容积含水率等因素对低温劈裂性能具有较大的影响。
关键词：沥青混合料、低温劈裂试验、离散元数值模拟、影响因素分析
Abstract
Asphaltmixtureisawidelyusedmaterialinhighwaymaintenanceandconstruction,anditslow-temperaturesplittingperformanceisanimportantfactoraffectingtheservicelifeandsafetyofroads.Thispapertakesthelow-temperaturesplittingtestofasphaltmixtureastheresearchobject,andusesthediscreteelementnumericalsimulationmethodtoanalyzethefactorsthataffectthelow-temperaturesplittingperformance.Theresearchresultsshowthatthemixratio,temperature,volumetricwatercontentandotherfactorshaveagreatinfluenceonthelow-temperaturesplittingperformanceofasphaltmixture.
Keywords:asphaltmixture,lowtemperaturesplittingtest,discreteelementnumericalsimulation,analysisofinfluencingfactors
一、介绍
沥青混合料是一种复合材料，由矿料、沥青等材料组成。在交通运输中广泛应用，具有耐久性好、便捷性高等优点，是公路养护和修建中必不可少的材料之一。沥青混合料在长时间的使用中，受到多种因素的影响，其中低温劈裂性能是较为重要的指标之一。在低温环境下，沥青混合料的低温劈裂性能会直接影响其使用寿命和安全性。
离散元数值模拟（DEM）是将物质分割成离散的颗粒，并进行无数次的碰撞和受力分析，从而模拟材料运动和力学行为的一种方法。它能够更加真实地反映材料的结构和特性，是研究材料力学性能的主流方法之一。
本文以沥青混合料低温劈裂试验为研究对象，采用离散元数值模拟方法，对影响低温劈裂性能的因素进行了分析，并探讨了沥青混合料低温劈裂性能的优化措施。
二、研究内容
（一）沥青混合料低温劈裂试验
本研究采用标准实验方法，在低温环境下对沥青混合料的低温劈裂性能进行测试。实验装置包括温度控制系统、扁平板夹具、材料压缩机等部件。实验过程中，通过控制试件的温度和施加不同的压力，记录试验数据，分析不同条件下试件的劈裂特征和性能。
（二）离散元数值模拟
离散元数值模拟（DEM）是一种流行的计算材料的方法，在材料力学和颗粒物流领域得到广泛应用。该方法的核心是将物质分割成离散的颗粒，并进行碰撞和受力分析。在模拟过程中，颗粒的运动和相互作用可以建立模型，并对材料力学性质进行计算分析。常见的颗粒模型有圆球、圆柱和多面体等，其中多面体模型最为常用。
本文采用离散元数值模拟方法，建立沥青混合料的模型。在模型中，将沥青混合料分割成多个颗粒，每个颗粒的形状采用多面体模型。通过模拟计算，分析了不同配合比、温度和容积含水率等因素对低温劈裂性能的影响规律，并探讨了低温劈裂性能的优化措施。
（三）影响因素分析
在数值模拟过程中，通过对沥青混合料的劈裂特征和性能进行分析，挖掘对其低温劈裂性能影响的关键因素。本文主要分析了配合比、温度和容积含水率三个因素。
1、配合比的影响
配合比对沥青混合料的力学性能和抗剪切性能有重要影响。在低温环境下，影响配合比的因素主要是矿料的大小和沥青的黏度。实验结果表明，合理的配合比可以有效地提高沥青混合料的低温劈裂性能。
2、温度的影响
低温环境下，沥青混合料的弹性模量随温度的下降而增大，劈裂韧性随温度的下降而降低。此外，在极低温度下，沥青混合料会出现冷裂现象，对公路安全带来较大影响。因此，控制沥青混合料的使用温度是提高其低温劈裂性能的重要手段之一。
3、容积含水率的影响
研究表明，沥青混合料的容积含水率会对其低温劈裂性能产生较大影响，且不同类型的沥青混合料对含水率的敏感程度也不同。当沥青混合料的含水率较高时，水分会在试件内部形成