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第1章　绪论1

1.1　引言1

1.1.1　沥青混合料多尺度问题1

1.1.2　沥青混合料集料特性问题3

1.1.3　沥青混合料空隙信息挖掘问题5

1.1.4　沥青混合料沥青／集料界面行为问题6

1.2　沥青混合料集料特性研究进展7

1.3　沥青混合料空隙信息挖掘研究进展15

1.3.1　沥青混合料空隙模型的研究进展17

1.3.2　沥青混合料空隙率影响因素的研究进展18

1.3.3　空隙率对沥青混合料技术性能的影响研究进展19

1.3.4　空隙在边缘学科中的研究进展20

1.4　沥青混合料集料／沥青界面行为研究进展23

参考文献26

第2章　理论基础与技术途径31

2.1　分形理论31

2.1.1　分形与分维的定义31

2.1.2　分形的自相似性32

2.1.3　分形的无标度性32

2.1.4　分形理论在沥青混合料研究中的应用33

2.2　X射线CT技术35

2.3　离散元法39

2.3.1　基本思想39

2.3.2　基本方程40

2.3.3　接触本构模型44

2.3.4　离散元法的程序实现47

2.3.5　颗粒流程序的解题途径52

2.4　拓扑优化理论54

2.4.1　拓扑优化基本原理55

2.4.2　连续体拓扑优化方法57

2.4.3　拓扑优化的应用61

参考文献63

第3章　沥青混合料集料几何特性65

3.1　集料的几何形态特性65

3.1.1　集料的数字化方法65

3.1.2　集料几何形态特性67

3.1.3　集料几何形态特性二维解析73

3.1.4　集料几何形态特性三维解析82

3.1.5　集料机械筛分与理论筛分的相关性85

3.2　集料的表面形貌特性89

3.2.1　集料形貌特征的量化指标89

3.2.2　集料形貌特征的多维解析92

3.2.3　集料表面形貌的理论构造94

3.2.4　单参数指标对集料表面形貌的影响95

3.3　集料的加工与遗传特性96

3.3.1　集料破碎理论96

3.3.2　破碎过程中的能量守恒98

3.3.3　破碎过程中的熵平衡101

3.4　级配与空隙形成理论102

3.4.1　骨架空隙的形成原理102

3.4.2　集料级配分维与空隙率的关系103

3.4.3　影响空隙率变异的因素104

参考文献105

第4章　沥青混合料空隙信息获取方法107

4.1　空隙分布描述的基本参数107

4.1.1　空隙率与连通空隙率107

4.1.2　空隙等效直径108

4.1.3　空隙数量108

4.1.4　空隙分维数109

4.1.5　空隙形貌109

4.1.6　比表面积110

4.2　空隙空间分布描述的数学方法110

4.2.1　经典的统计学方法110

4.2.2　拓扑学方法110

4.2.3　分形几何方法111

4.2.4　重正化群方法111

4.2.5　谱密度方法111

4.3　空隙空间分布描述的试验方法112

4.3.1　压汞法112

4.3.2　气体吸附法113

4.3.3　X射线层析摄像法114

4.3.4　小角度X射线散射法114

4.3.5　光学法114

4.4　空隙分形的测试评价方法115

4.4.1　图像分析法115

4.4.2　压汞法117

4.4.3　X射线小角度散射法117

参考文献118

第5章　沥青混合料空隙力学特性120

5.1　不同状态下空隙体积模量数学模型120

5.1.1　多孔沥青混合料空隙模型概念化120

5.1.2　基于Betti定理的空隙体积模量数学模型122

5.1.3　空隙体积模量的温度影响关系125

5.2　有限空隙力学特性127

5.3　空隙力学特性数值模拟130

5.3.1　模型的建立与参数的选择130

5.3.2　骨料变形特性134

5.3.3　不同荷载下空隙变形特性138

参考文献140

第6章　沥青混合料空隙CT图像解析141

6.1　基于CT技术的沥青混合料数字图像处理与识别141

6.1.1　沥青混合料数字图像的获取141

6.1.2　沥青混合料数字图像的处理142

6.1.3　空隙的属性表征与评价145

6.2　沥青混合料CT图像二维解析148

6.3　沥青混合料CT图像空间解析151

6.4　空隙级配分析法155

6.5　空隙的分形表达155

参考文献155

第7章　沥青混合料空隙分布特性157

7.1　试件制备与室内试验评价157

7.1.1　多孔沥青混合料试件制备方案157

7.1.2　多孔沥青混合料试件制备157

7.1.3　开级配沥青混合料与SMA试件的制备161

7.2　沥青混合料空隙横向分布特性162

7.3　沥青混合料空隙竖向分布特性164

7.3.1　空隙特征提取图像分析165

7.3.2　空隙特征参数分析167

7.3.3　空隙竖向级配分析167

7.3.4　竖向空隙与横向空隙对比分析168

7.3.5　空隙轮廓分维数与面积分维数关系分析169

7.4　沥青混合料空隙空间分布特性169

7.4.1　空隙率的空间分布规律175

7.4.2　空隙等效直径的空间分布规律176

7.4.3　空隙数量的空间分布规律176

7.4.4　空隙分维数的空间分布规律177

7.4.5　空隙级配走向规律分析177

第8章　沥青混合料空隙分布影响因素179

8.1　矿料级配对沥青混合料空隙分布特性的影响179

8.1.1　不同级配对沥青混合料空隙分布特性179

8.1.2　空隙横向分布与竖向分布的对比183

8.2　压实功对沥青混合料空隙分布特性的影响184

8.3　压实方法对沥青混合料空隙分布特性的影响186

第9章　多孔沥青路面空隙衰变行为190

9.1　基于X-CT技术的空隙衰变试验评价190

9.1.1　空隙分布对沥青混合料劈裂抗拉强度影响190

9.1.2　沥青混合料空隙分维数与渗透性能的关系191

9.1.3　多孔沥青混合料空隙衰变行为探索192

9.2　基于连续介质线弹性理论的空隙衰变模型194

9.2.1　具有空隙的线弹性材料理论194

9.2.2　基于连续介质线弹性理论的沥青混合料参数及其确定方法196

9.2.3　多孔沥青混合料空隙衰变规律198

9.3　空隙衰变的龚帕斯模型及衰变行为200

9.3.1　空隙衰变的龚帕斯模型201

9.3.2　龚帕斯模型参数的确定201

9.3.3　基于龚帕斯模型的空隙衰变行为规律203

9.3.4　基于龚帕斯模型的空隙率预测模型205

参考文献206

第10章　基于DEM的多孔沥青路面空隙衰变规律208

10.1　沥青结合料二维数字重构及离散元模型208

10.1.1　沥青结合料的数字重构及离散元模型208

10.1.2　集料颗粒的数字重构及离散元模型209

10.1.3　沥青混合料的数字重构及离散元模型211

10.1.4　不同空隙率沥青混合料模型的生成212

10.2　间接拉伸试验的数值模拟213

10.2.1　几何模型的构建213

10.2.2　试验条件的模拟215

10.2.3　数值模拟结果与分析216

10.2.4　不同加载速率下间接拉伸试验模拟218

10.3　多孔沥青路面力学响应的数值模拟222

10.3.1　模型的建立与参数选择222

10.3.2　力学响应模拟225

10.3.3　不同荷载下空隙衰变的模拟230

参考文献231

第11章　基于拓扑优化方法的沥青混合料细观结构设计232

11.1　沥青混合料强度特性优化232

11.1.1　沥青混合料应变能与空隙率关系232

11.1.2　沥青混合料强度与应变能关系235

11.1.3　沥青混合料强度与空隙率关系235

11.2　沥青混合料排水性能优化237

11.2.1　沥青混合料的渗透性与空隙关系238

11.2.2　基于拓扑优化的渗透模型240

11.3 沥青混合料降噪性能优化244

11.3.1　轮胎／路面噪声产生机理及控制方法247

11.3.2　基于降噪的沥青混合料空隙结构优化252

参考文献255