断裂力学在沥青混凝土路面中的应用研究现状

1、科技创新导报工业技术断裂力学在沥青混凝土路面中的应用研究现状洪花朴雄伟姜昌吉（延边公路管理处吉林延吉）摘要：混凝土路面裂缝问题近年来受到了广泛关注，本文综述了断裂力学在分析沥青混凝土路面裂缝中的国内外研究现状，并提出了需要进一步研究的问题。关键词：路面裂缝断裂力学中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（）断裂力学最早萌芽于世纪年代，得到了推广应用。当时研究了玻璃中裂纹的脆性扩展，成功地提出了以含裂纹体的应变能释断裂力学在路面裂缝分析中的研究现状放率为参量的裂纹失稳扩展准则，很好地随着断裂力学问题研究的深入，它在解释了玻璃的低应力脆断现象。到世纪道路工程上的应用也得到了重视。由于道年代，欧文提出

2、了表征外力作用下弹性路工程中普遍存在着车辆荷载及温度荷载物体裂纹尖端附近应力场的一个重要参量疲劳作用导致路面裂缝开裂破坏的问题，应力强度因子，建立了以应力强度因子采用断裂力学中裂缝疲劳扩展理论分析将为参量的裂纹扩展准则应力强度因子准更接近于工程实际，因而将断裂力学与有则。同时，欧文将理论的能量释限元方法结合用于路面反射裂缝扩展分析放率概念与应力强度因子概念联系起来，成为解决反射裂缝问题的一种新的思路。为线弹性断裂力学发展奠定了重要的理论目前，国内外许多专家学者已经尝试从断基础。目前，线弹性断裂力学已发展的比裂力学的角度对裂缝扩展问题讲行分析，较成熟，在工程实际中得到了广泛应用；从而采取相应的防

3、治反射裂缝措施用以指弹塑性断裂力学虽已取得一定进展，但其导工程实际。理论迄今仍不成熟，弹塑性裂纹体的扩展国外研究现状规律还有待于进一步研究。国外这方面的研究工作开展较早，世纪年代英国大学的断裂力学分析方法对路面土工格栅防止路面反射裂缝进行过断裂力学分析实际问题有解析法和数系统的研究，并通过室内外试验、足尺试值法两种。解析法计算结果精确可靠，由验和试验路等方式进行了验证，结果较它推出的裂缝尖端区域应力场的基本方程好；年美国加州大学用平往往是许多其它解的出发点。但由于实际面有限单元法，以有效应力为标准，研究了问题的复杂性，解析法要精确地满足边界沥青路面开裂后在交通荷载和温度荷载作条件，通常是很难做

4、到的。能够求得精确用下裂缝附近的应力分布，同时分析了橡解的，一般仅限于几何形状及荷载比较特胶沥青夹层在防止反射裂缝中的作用。他殊的简单问题。因此，随着近年来计算机们认为，反射裂缝主要是由于下卧基层开科学的迅速发展，促进了断裂力学数值方裂后的水平和垂直位移引起的。同时还指法的发展，并在解决实际问题中得到了广出，松软的中间夹层能有效地降低裂缝尖泛应用。数值方法中应用最为广泛的是有端应力集中，延缓反射裂缝的扩展；限单元法。有限单元法的适应性好，无论等人将降温过程中旧水泥路面缝边的张开物体的几何形状、加载条件及材料性质如位移作为主要的特征参数，通过力学分析何都适用，可供利用的软件较多，因而很受提出了一

5、种计算温度收缩引起的加铺层的工程界的欢迎。早期的有限元法研究集中应力响应，并开发了相关的计算机程序，可在普通单元上，主要有直接法和间接法两进行加铺层的设计及温缩型反射裂缝疲劳种。直接法包括位移法、改进位移法和应受命的预估；此外，加拿大大学、力法；间接法包括应变能法、柔度法、虚美国大学等在断裂力学用于路面反拟裂纹扩展法、刚度导数法和积分法等。射裂缝分析方面也做过许多研究工作。不足的是，在裂纹前缘附近，由于单元的形国内研究现状函数不能表征裂纹前缘应力所具有的奇异国内这方面的研究工作进行得较晚，性，要保证计算结果具有足够的精度，只能长沙交通学院、东南大学、长安大学等单通过加密网格的方法来实现。这就要

6、求待位做了一些工作。其中，周志刚利用线求解的方程组的数目很大，从而使其求解弹性断裂力学的平面有限元方法模拟加筋的效率降低，计算结果不够理想。为了克材料的薄膜单元，对土工加筋材料阻止沥服这一缺点，许多学者在裂纹前沿引入了青路面反射裂缝的桥联增韧效应进行了分奇异元，使得裂纹前沿的应力具有平方根析；才华从断裂力学及疲劳损伤力学的奇异性，但由于这种单元比较特殊，需要特观点出发，探讨了反射裂缝的产生和发展殊处理，因而显得非常复杂。后来，机理；彭妙娟等人用有限元法对西安和各自独立地提出了奇三原一级公路模型在温度和荷载共同作用异等参元的概念，将八结点等参元的边中下的应力和裂缝尖端的应力强度因子进行结点从正常

7、位置移至靠近裂纹尖端边了计算，估算了疲劳寿命，讨论了西三线半长处，在角点附近就出现的应力奇刚性基层沥青路面的开裂机理；易志坚异性，从而克服了这一缺点，使得这种方法从断裂力学角度对水泥混凝土面层与基层科技创新导报接触界面的破坏过程进行了分析；罗睿应用权函数理论，推导出了层间完全连续路面裂缝的应力强度因子计算方法。计算结果表明，对于西三线而言，荷载应力是影响路面的主要因素，而温度应力也是不可忽视的；基层裂缝的存在对沥青路面的开裂起着重要作用；非对称荷载对裂缝的扩展影响更大，等等。许多学者专家作了大量的研究及试验工作，并取得了一定的研究成果。需要进一步研究的问题由于有限单元法的飞速发展和分析模型的日

8、趋完善，人们对路面裂缝的形成和开展机理有了更深入的认识。但由于混凝土路面工程的复杂性，使得这方面尚有许多需要进一步研究的问题，主要有以下：（）由于混凝土罩面反射裂缝的形成和扩展同时受到交通荷载和温度荷载的影响，对于裂缝的形成已有较为充分的认识，但对裂缝扩展规律的系统研究还鲜有报道，尚需进一步研究。（）针对道路维护工程中的加铺层，目前在层面断裂中尚且缺乏旧路面沥青层对沥青加铺层影响的研究。参考文献：朱伯芳有限单元法原理与应用北京：中国水利水电出版社，郑选荣沥青混凝土加铺层反射裂缝的形成与扩展研究西安科技大学学位论文，周志刚，张起森加筋材料阻止沥青路面反射裂缝的桥联增韧的有限元分析土木工程学报，（）：才华，张敏江反射裂缝的断裂及疲劳分析和模拟计算沈阳建筑工程学院学报，（）：彭妙娟，张登良半刚性基层沥青路面的断裂力学计算方法及其应用中国公路学