本發(fā)明涉及瀝青混合料的三維數(shù)字試件生成方法，具體涉及乳化瀝青冷再生混合料的三維Arcan數(shù)字試件的生成方法。
背景技術(shù)：
：據(jù)申請(qǐng)人了解采用離散單元法進(jìn)行Arcan斷裂虛擬試驗(yàn)，首先要在PFC3D4.0程序中建立混合料的三維數(shù)字試件。根據(jù)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果，乳化瀝青冷再生混合料是由粗集料、乳化瀝青-水泥砂漿以及空隙所組成。其中，粗集料是粒徑為2.36mm以上的集料；乳化瀝青-水泥砂漿是由粒徑為2.36mm以下的細(xì)集料、水泥以及乳化瀝青形成的瀝青砂漿。因此，PFC中的三維數(shù)字試件是由表征粗集料、瀝青砂漿以及空隙的三部分組成。瀝青混合料的三維數(shù)字試件生成的思路一般有兩種：是將CT掃描的瀝青混合料三維空間結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)入PFC3D軟件，達(dá)到三維數(shù)字試件重構(gòu)的目的。另是通過(guò)分析瀝青混合料的CT掃描圖像，獲得瀝青混合料的粗集料、砂漿以及空隙的形狀與分布特征，然后在PFC3D軟件中采用集料生成與投放技術(shù)，構(gòu)建能夠體現(xiàn)瀝青混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征的三維數(shù)字試件。雖然第直接重構(gòu)三維空間結(jié)構(gòu)的思路簡(jiǎn)單，但是由于技術(shù)尚未成熟，造成重構(gòu)效果較差。相比而言，第二種間接重構(gòu)的技術(shù)可行性較好，近幾年得到了一定的發(fā)展，實(shí)際的重構(gòu)與模擬效果也較好。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出瀝青混合料的三維數(shù)字試件生成方法。本發(fā)明考慮乳化瀝青冷再生混合料的粗集料三維空間形狀(扁平比、棱角性以及長(zhǎng)軸傾角)、粗集料級(jí)配特征、空隙大小及分布特征等，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，采用集料生成與投放技術(shù)，在PFC3D軟件中編寫(xiě)“Fish”語(yǔ)言，生成具有三維空間形狀與級(jí)配特征的粗集料，刪除瀝青砂漿中的單元，獲得具有大小和分布特征的空隙，從而構(gòu)建乳化瀝青冷再生混合料的三維Arcan數(shù)字試件。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：本發(fā)明瀝青混合料的三維數(shù)字試件生成方法，所述瀝青混合料的三維數(shù)字試件生成方法為：建立乳化瀝青冷再生混合料Arcan試件的PFC3D模型的方法；包括如下步驟：步驟一、在由“wall”構(gòu)成的立方體區(qū)域內(nèi)按照矩形排列方式，規(guī)則地生成若干個(gè)小球，填滿整個(gè)立方體試件；步驟二、根據(jù)粗集料模型構(gòu)建方法，在該立方體試件中，投放粗集料顆粒，將粗集料內(nèi)部的小球識(shí)別為粗集料部分，其余小球識(shí)別為乳化瀝青砂漿部分，識(shí)別完畢后對(duì)混合料三維模型中粗集料單元的總格數(shù)所占體積與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，以保證粗集料所占體積的準(zhǔn)確性；步驟三、根據(jù)空隙模型構(gòu)建方法，刪除砂漿球體單元，形成具有分布特征的乳化瀝青冷再生混合料空隙單元，建立的三維數(shù)字試件的空隙率大小為10％；步驟四、為了獲得與實(shí)際情況相同的具有切口的Arcan試件，需要在PFC3D程序中通過(guò)建立新的“wall”并且刪除“wall”以外的無(wú)效單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)立方體試件的虛擬切割；選擇立方體試件的一個(gè)方形表面進(jìn)行切割，獲得具有光滑表面的三維數(shù)字試件，然后在試件的一側(cè)中央切割出一道切口，最終建立乳化瀝青冷再生混合料Arcan試件的PFC3D模型。進(jìn)一步地，所述步驟一中，在由“wall”構(gòu)成的80mm×80mm×80mm立方體區(qū)域內(nèi)按照矩形排列方式，規(guī)則地生成直徑為2mm的小球，填滿整個(gè)立方體試件。進(jìn)一步地，所述步驟四中，選擇立方體試件的一個(gè)方形表面進(jìn)行切割，獲得具有光滑表面的三維數(shù)字試件，切割后的試件尺寸為80mm×80mm×50mm，然后，在試件的一側(cè)中央切割出一道長(zhǎng)40mm、寬4mm的切口，最終建立CIR-20混合料Arcan試件的PFC3D模型。進(jìn)一步地，所述步驟二中，粗集料模型構(gòu)建方法包括粗集料三維空間形狀的構(gòu)建過(guò)程和粗集料級(jí)配特征的構(gòu)建過(guò)程。進(jìn)一步地，所述粗集料三維空間形狀的構(gòu)建過(guò)程：基于中心球擴(kuò)散方法的粗集料構(gòu)建模型，所有的粗集料模型均由PFC3D程序中的“sphereclump”組成；具體構(gòu)建過(guò)程包括兩步：第一步、粗集料的扁平比和棱角性的構(gòu)建：在任意空間結(jié)構(gòu)里，假設(shè)中心點(diǎn)向外的擴(kuò)展方向只有以該點(diǎn)為中心的立方體的8個(gè)頂點(diǎn)連線以及與立方體的6個(gè)面垂直的方向，即14個(gè)可能的擴(kuò)展方向；在構(gòu)建粗集料模型時(shí)，首先在中心點(diǎn)處生成半徑為R1的主球體，然后在14個(gè)可能擴(kuò)展方向上隨機(jī)選擇一些方向生成半徑為R2相對(duì)較小的球，依次類推，通過(guò)主球與所有小球構(gòu)成的“sphereclump”構(gòu)建出粗集料的扁平比與棱角性；在中心主球體的14個(gè)可能擴(kuò)展路徑上隨機(jī)選擇6條路徑生成新的球體，新球體中心位置距離主球體中心的距離D1為主球體半徑R1的一半；而新球體的半徑由兩個(gè)球體切線與兩個(gè)球體中心點(diǎn)連線之間的角度α和主球體半徑R1共同確定，具體計(jì)算方法如下：D1＝0.5R1(5-7)R1＝R1-0.5R1×sinα(5-8)然后，將已生成的球體看做主球體，參照公式(5-7)與(5-8)繼續(xù)生成新的球體，在擴(kuò)散過(guò)程中球的半徑會(huì)逐漸變小，當(dāng)新生成球體的半徑小于一定值(Rctr)時(shí)擴(kuò)散停止；在粗集料構(gòu)建過(guò)程中，為增加粗集料形狀的多樣性，本發(fā)明設(shè)定Rctr的大小在0.3R1到0.6R1之間隨機(jī)變動(dòng)，而角度α在30到50度隨機(jī)變化；在PFC3D程序中，具體實(shí)施時(shí)，首先按照上述方法生成50種粗集料，然后對(duì)這50種粗集料的形狀特征，形狀特征指的是：扁平比和棱角性指數(shù)，進(jìn)行分析，選出與實(shí)際測(cè)量的扁平比FER以及棱角性指數(shù)AI相近的10種粗集料，最終，通過(guò)調(diào)節(jié)不同粗集料模型的百分比來(lái)獲得和實(shí)際相近的粗集料形狀組合；第二步、粗集料的長(zhǎng)軸傾角的確定：在三維數(shù)字試件中，粗集料的長(zhǎng)軸傾角是通過(guò)追蹤粗集料長(zhǎng)軸的方向來(lái)確定；在粗集料模型的長(zhǎng)軸上附加兩個(gè)小球作為追蹤器，此兩個(gè)小球大小大概為集料中其他小球的1％。在建立混合料的三維離散元模型時(shí)，粗集料的投放過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將已確定的“sphereclump”取代同樣質(zhì)量的等效球體；當(dāng)這樣的等效球體被取代后，通過(guò)附加“追蹤器”就可以找出這兩個(gè)追蹤小球，獲得粗集料的長(zhǎng)軸方向，進(jìn)而獲得方位角或者長(zhǎng)軸傾角；最后，對(duì)比建立的三維數(shù)字試件中的粗集料平均長(zhǎng)軸傾角θ與實(shí)際測(cè)量結(jié)果，挑選出相近的三維數(shù)字試件作為乳化瀝青冷再生混合料的離散元模型。進(jìn)一步地，所述粗集料級(jí)配特征的構(gòu)建過(guò)程：在混合料的三維數(shù)字試件中構(gòu)建出能夠模擬實(shí)際級(jí)配曲線的粗集料；在PFC3D程序中，為了表征級(jí)配特征，投放粗集料的基本思路是根據(jù)乳化瀝青冷再生混合料的級(jí)配曲線將一定質(zhì)量的粗集料“clump”投放在一定的空間里，取代同樣質(zhì)量的等效球體；CIR-20混合料是乳化瀝青冷再生混合料中最常用的級(jí)配形式，采用中粒式CIR-20級(jí)配，根據(jù)CIR-20混合料中粗集料的五種不同粒徑檔，分別為：2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-19mm、19-26.5mm，提出了模擬粗集料級(jí)配特征的構(gòu)建過(guò)程：第一步、根據(jù)CIR-20混合料的CT掃描圖像，結(jié)合分析方法，計(jì)算CIR-20混合料中粗集料的總體積以及不同粒徑檔的粗集料體積；第二步、采用等效體積法估算各檔粗集料，2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-19mm、19-26.5mm的數(shù)量，在PFC3D程序中生成等數(shù)量的球體，設(shè)定球體的大小在各檔粒徑上下限范圍內(nèi)隨機(jī)分布；第三步、核算PFC3D中生成的不同粒徑等效球體的總體積，若與實(shí)際情況相差較大，可以添加或刪除等效球體；若與實(shí)際情況相差較小，可以通過(guò)縮放個(gè)別等效球體的大小，使得球體的總體積等于粗集料的總體積；第四步、最后，按照不同粗集料形狀模型的比例，分別對(duì)應(yīng)五種不同粒徑檔2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-19mm、19-26.5mm，將“clump”投放在等效球的位置，取代原有的等效球。進(jìn)一步地，所述空隙模型構(gòu)建方法為空隙率分布特征模擬：空隙率特征的模擬主要是根據(jù)Arcan試件中的空隙大小和分布，刪除砂漿球體單元，從而確定空隙在CIR-20混合料三維數(shù)字試件中的位置與大?。焊鶕?jù)CIR-20混合料的CT掃描斷層圖像的分析結(jié)果，空隙直徑分布在0.1mm到10mm的范圍內(nèi)，表征空隙大小分布的空隙“級(jí)配”服從分布Weibull模型；根據(jù)Arcan試件不同高度上的空隙率大小，按照比例刪除對(duì)應(yīng)高度上砂漿球體的數(shù)量。根據(jù)空隙研究的結(jié)果，計(jì)算出每一層內(nèi)的空隙總體積，然后除以每一個(gè)球所占立方體空間體積得到每一層需刪去的小球數(shù)量，從而隨機(jī)地刪除該層中相應(yīng)數(shù)量的小球。進(jìn)一步地，所述PFC3D離散元模型中最小單元直徑一般使用1mm或者2mm，遠(yuǎn)高于實(shí)際最小空隙的大小。進(jìn)一步地，所述Arcan試件的高度為80mm，最小單元的直徑為2mm，將Arcan三維數(shù)字試件分為40個(gè)高度為2mm的層狀試件。本發(fā)明的突出效果如下：本發(fā)明研究乳化瀝青冷再生混合料的粗集料三維空間形狀(扁平比、棱角性以及長(zhǎng)軸傾角)、粗集料級(jí)配特征、空隙大小及分布特征等，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，采用集料生成與投放技術(shù)，在PFC3D軟件中編寫(xiě)“Fish”語(yǔ)言，生成具有三維空間形狀與級(jí)配特征的粗集料，刪除瀝青砂漿中的單元，獲得具有大小和分布特征的空隙，從而構(gòu)建乳化瀝青冷再生混合料的三維Arcan數(shù)字試件。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1為粗集料單元生成方向示意圖。圖2為粗集料單元構(gòu)成方法示意圖。圖3為不同三維空間形狀的粗集料模型及投影輪廓。圖4為原集料顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為粗集料長(zhǎng)軸傾角追蹤示意圖。圖6為PFC3D模型中19-26.5mm粒徑等效球體的生成示意圖。圖7為PFC3D模型中13.2-19mm粒徑等效球體的生成示意圖。圖8為PFC3D模型中9.5-13.2mm粒徑等效球體的生成示意圖。圖9為PFC3D模型中4.75-9.5mm粒徑等效球體的生成示意圖。圖10為PFC3D模型中2.36-4.75mm粒徑等效球體的生成示意圖。圖11為PFC3D模型中2.36-26.5mm粒徑等效球體的生成示意圖。圖12為PFC3D模型中19-26.5mm粒徑粗集料的投放示意圖。圖13為PFC3D模型中13.2-19mm粒徑粗集料的投放示意圖。圖14為PFC3D模型中9.5-13.2mm粒徑粗集料的投放示意圖。圖15為PFC3D模型中4.75-9.5mm粒徑粗集料的投放示意圖。圖16為PFC3D模型中2.36-4.75mm粒徑粗集料的投放示意圖。圖17為PFC3D模型中2.36-26.5mm粒徑粗集料的投放示意圖。圖18為PFC3D模型中CIR-20混合料空隙分布特征示意圖。圖19為CIR-20混合料Arcan試件PFC3D模型建立過(guò)程中的第一過(guò)程示意圖。圖20為CIR-20混合料Arcan試件PFC3D模型建立過(guò)程中的第二過(guò)程示意圖。圖21為CIR-20混合料Arcan試件PFC3D模型建立過(guò)程中的第三過(guò)程示意圖。圖22為CIR-20混合料未切口Arcan試件PFC3D模型。圖23為CIR-20混合料Arcan試件PFC3D模型。圖5中：TB-代表追蹤小球(TracingBall)；MA-代表主軸線(MainAxis)。具體實(shí)施方式本發(fā)明瀝青混合料的三維數(shù)字試件生成方法，所述瀝青混合料的三維數(shù)字試件生成方法為：建立乳化瀝青冷再生混合料Arcan試件的PFC3D模型的方法；包括如下步驟：步驟一、如圖19所示。在由“wall”構(gòu)成的80mm×80mm×80mm立方體區(qū)域內(nèi)按照矩形排列方式，規(guī)則地生成直徑為2mm的小球，填滿整個(gè)立方體試件。步驟二、根據(jù)粗集料模型構(gòu)建方法，在該立方體試件中，投放粗集料顆粒，如圖20所示，將粗集料內(nèi)部的小球識(shí)別為粗集料部分，其余小球識(shí)別為乳化瀝青砂漿部分，識(shí)別完畢后對(duì)混合料三維模型中粗集料單元的總格數(shù)所占體積與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，以保證粗集料所占體積的準(zhǔn)確性；步驟三、根據(jù)空隙模型構(gòu)建方法，刪除砂漿球體單元，形成具有分布特征的乳化瀝青冷再生混合料空隙單元，建立的三維數(shù)字試件的空隙率大小為10％；步驟四、為了獲得與實(shí)際情況相同的具有切口的Arcan試件，需要在PFC3D程序中通過(guò)建立新的“wall”并且刪除“wall”以外的無(wú)效單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)立方體試件的虛擬切割；如圖21所示，選擇立方體試件的一個(gè)方形表面進(jìn)行切割，獲得具有光滑表面的三維數(shù)字試件，切割后的試件尺寸為80mm×80mm×50mm，然后，在試件的一側(cè)中央切割出一道長(zhǎng)40mm、寬4mm的切口，最終建立CIR-20混合料Arcan試件的PFC3D模型，如圖22和23所示。本發(fā)明所述步驟二中，粗集料模型構(gòu)建方法包括粗集料三維空間形狀的構(gòu)建過(guò)程和粗集料級(jí)配特征的構(gòu)建過(guò)程。本發(fā)明所述粗集料三維空間形狀的構(gòu)建過(guò)程，粗集料三維空間形狀的描述主要有扁平比FER、棱角性AI以及表面紋理STI三個(gè)指標(biāo)，它們分別在從大到小的尺度上表征了粗集料的形狀特點(diǎn)。在PFC3D軟件中構(gòu)建粗集料顆粒的三維空間形狀一般只考慮其扁平比與棱角性的大小。參考Lu等和You等的研究結(jié)果[124][125]，本發(fā)明采用了基于中心球擴(kuò)散方法的粗集料構(gòu)建模型，所有的粗集料模型均由PFC3D程序中的“sphereclump”組成。本發(fā)明所述粗集料三維空間形狀的構(gòu)建過(guò)程，包括兩步：如圖1所示，第一步、粗集料的扁平比和棱角性的構(gòu)建：在任意空間結(jié)構(gòu)里，假設(shè)中心點(diǎn)向外的擴(kuò)展方向只有以該點(diǎn)為中心的立方體的8個(gè)頂點(diǎn)連線以及與立方體的6個(gè)面垂直的方向，即14個(gè)可能的擴(kuò)展方向。在構(gòu)建粗集料模型時(shí)，首先在中心點(diǎn)處生成半徑為R1的主球體，然后在14個(gè)可能擴(kuò)展方向上隨機(jī)選擇一些方向生成半徑為R2相對(duì)較小的球，依次類推，通過(guò)主球與所有小球構(gòu)成的“sphereclump”構(gòu)建出粗集料的扁平比與棱角性。如圖2所示，為粗集料單元構(gòu)成方法示意圖。從圖中可以看出，球體的具體擴(kuò)散規(guī)則如下：在中心主球體的14個(gè)可能擴(kuò)展路徑上隨機(jī)選擇6條路徑生成新的球體，新球體中心位置距離主球體中心的距離D1為主球體半徑R1的一半。而新球體的半徑由兩個(gè)球體切線與兩個(gè)球體中心點(diǎn)連線之間的角度α和主球體半徑R1共同確定，具體計(jì)算方法如下：D1＝0.5R1(5-7)R1＝R1-0.5R1×sinα(5-8)然后，將已生成的球體看做主球體，參照公式(5-7)與(5-8)繼續(xù)生成新的球體，在擴(kuò)散過(guò)程中球的半徑會(huì)逐漸變小，當(dāng)新生成球體的半徑小于一定值(Rctr)時(shí)擴(kuò)散停止。在粗集料構(gòu)建過(guò)程中，為增加粗集料形狀的多樣性，本發(fā)明設(shè)定Rctr的大小在0.3R1到0.6R1之間隨機(jī)變動(dòng)，而角度α在30到50度隨機(jī)變化。在PFC3D程序中，具體實(shí)施時(shí)，首先按照上述方法生成50種粗集料，然后對(duì)這50種粗集料的形狀特征(扁平比和棱角性指數(shù))進(jìn)行分析，選出與第三章中實(shí)際測(cè)量的扁平比FER以及棱角性指數(shù)AI相近的10種粗集料。最終，通過(guò)調(diào)節(jié)不同粗集料模型的百分比來(lái)獲得和實(shí)際相近的粗集料形狀組合。本發(fā)明所挑選的不同三維空間形狀的粗集料模型及投影輪廓如圖3所示，確定的不同粗集料模型的比例如表5-1所示。表5-1三維數(shù)字試件中不同粗集料模型的比例在三維數(shù)字試件中，粗集料的長(zhǎng)軸傾角是通過(guò)追蹤粗集料長(zhǎng)軸的方向來(lái)確定。如圖4和5所示，在粗集料模型的長(zhǎng)軸上附加兩個(gè)小球作為追蹤器，此兩個(gè)小球大小大概為集料中其他小球的1％。在建立混合料的三維離散元模型時(shí)，粗集料的投放過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將已確定的“sphereclump”取代同樣質(zhì)量的等效球體。當(dāng)這樣的等效球體被取代后，代表粗集料的“sphereclump”的分布方向無(wú)法直接追蹤。但是，通過(guò)圖5中的附加“追蹤器”就可以找出這兩個(gè)追蹤小球，獲得粗集料的長(zhǎng)軸方向，進(jìn)而獲得方位角或者長(zhǎng)軸傾角。最后，對(duì)比建立的三維數(shù)字試件中的粗集料平均長(zhǎng)軸傾角θ與實(shí)際測(cè)量結(jié)果，挑選出相近的三維數(shù)字試件作為乳化瀝青冷再生混合料的離散元模型。第二步、粗集料的長(zhǎng)軸傾角的確定：除了單個(gè)集料顆粒的三維空間形狀，還需要考慮所有粗集料的級(jí)配分布，在混合料的三維數(shù)字試件中構(gòu)建出能夠模擬實(shí)際級(jí)配曲線的粗集料。在PFC3D程序中，為了表征級(jí)配特征，投放粗集料的基本思路是根據(jù)乳化瀝青冷再生混合料的級(jí)配曲線將一定質(zhì)量的粗集料“clump”投放在一定的空間里，取代同樣質(zhì)量的等效球體?？紤]到CIR-20混合料是乳化瀝青冷再生混合料中最常用的級(jí)配形式，因此采用中粒式CIR-20級(jí)配。研究CIR-20混合料中粗集料的五種不同粒徑檔(2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-19mm、19-26.5mm)，提出了模擬粗集料級(jí)配特征的構(gòu)建過(guò)程：(1)根據(jù)CIR-20混合料的CT掃描圖像，結(jié)合-分析方法，計(jì)算CIR-20混合料中粗集料的總體積以及不同粒徑檔的粗集料體積。(2)采用等效體積法估算各檔粗集料(2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-19mm、19-26.5mm)的數(shù)量，在PFC3D程序中生成等數(shù)量的球體，設(shè)定球體的大小在各檔粒徑上下限范圍內(nèi)隨機(jī)分布。圖6-11為PFC3D模型中生成的不同粒徑等效球體。(3)核算PFC3D中生成的不同粒徑等效球體的總體積，若與實(shí)際情況相差較大，可以添加或刪除等效球體；若與實(shí)際情況相差較小，可以通過(guò)縮放個(gè)別等效球體的大小，使得球體的總體積等于粗集料的總體積。(4)最后，按照表5-1中的不同粗集料形狀模型的比例，分別對(duì)應(yīng)五種不同粒徑檔(2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm、13.2-19mm、19-26.5mm)，將“clump”投放在等效球的位置，取代原有的等效球。圖12-17為PFC3D模型中投放的不同粒徑的粗集料。因此，根據(jù)單個(gè)集料的體積與密度，可以設(shè)定各檔粗集料的質(zhì)量，從而直接控制粗集料的級(jí)配，間接控制粗集料的體積百分率。通過(guò)改變各檔粗集料的質(zhì)量比例關(guān)系，就可以改變粗集料的級(jí)配；而通過(guò)改變粗集料的總質(zhì)量，就可以改變粗集料在混合料中的體積百分率。圖17中生成的CIR-20混合料粗集料立方體(80mm×80mm×80mm)模型中，粒徑在19-26.5mm的粗集料部分由3個(gè)集料“clump”構(gòu)成；粒徑在13.2-19mm的粗集料部分由37個(gè)集料“clump”構(gòu)成；粒徑在9.5-13.2mm的粗集料部分由122個(gè)集料“clump”構(gòu)成；粒徑在4.75-9.5mm的粗集料部分由628個(gè)集料“clump”構(gòu)成；粒徑在2.36-4.75mm的粗集料部分由1405個(gè)集料“clump”構(gòu)成。最終，CIR-20混合料三維數(shù)字試件中粗集料模擬的級(jí)配特征如表5-2所示。表5-2CIR-20混合料三維數(shù)字試件粗集料模擬級(jí)配特征瀝青混合料CIR-20篩孔尺寸(mm)各篩孔的通過(guò)率(％)26.5100199613.2889.5704.75492.3636本發(fā)明所述空隙模型構(gòu)建方法為空隙率分布特征模擬：在PFC3D程序中建立CIR-20混合料的離散元模型，需要在上述粗集料混合物的間隙內(nèi)填充粒徑很小的球體單元作為乳化瀝青-水泥砂漿，空隙率特征的模擬主要是根據(jù)Arcan試件中的空隙大小和分布，刪除砂漿球體單元，從而確定空隙在CIR-20混合料三維數(shù)字試件中的位置與大小。根據(jù)CIR-20混合料的CT掃描斷層圖像的分析結(jié)果，空隙直徑分布在0.1mm到10mm的范圍內(nèi)，表征空隙大小分布的空隙“級(jí)配”服從分布Weibull模型。由于離散元模型單元數(shù)太多會(huì)顯著地影響計(jì)算速度，PFC3D離散元模型中最小單元直徑一般使用1mm或者2mm，遠(yuǎn)高于實(shí)際最小空隙的大小。所以，離散元模型中空隙模擬并不能像粗集料模擬那樣精確、細(xì)致。但是，空隙率在Arcan試件高度分布上的不均性可以在PFC3D模型中得到體現(xiàn)。根據(jù)Arcan試件不同高度上的空隙率大小，按照比例刪除對(duì)應(yīng)高度上砂漿球體的數(shù)量。圖18為PFC3D模型中CIR-20混合料空隙分布。其中，Arcan試件的高度為80mm，最小單元的直徑為2mm，將Arcan三維數(shù)字試件分為40個(gè)高度為2mm的層狀試件。根據(jù)第三章空隙研究的結(jié)果，計(jì)算出每一層內(nèi)的空隙總體積，然后除以每一個(gè)球所占立方體空間體積得到每一層需刪去的小球數(shù)量，從而隨機(jī)地刪除該層中相應(yīng)數(shù)量的小球。本發(fā)明研究乳化瀝青冷再生混合料的粗集料三維空間形狀(扁平比、棱角性以及長(zhǎng)軸傾角)、粗集料級(jí)配特征、空隙大小及分布特征等，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果，采用集料生成與投放技術(shù)，在PFC3D軟件中編寫(xiě)“Fish”語(yǔ)言，生成具有三維空間形狀與級(jí)配特征的粗集料，刪除瀝青砂漿中的單元，獲得具有大小和分布特征的空隙，從而構(gòu)建乳化瀝青冷再生混合料的三維Arcan數(shù)字試件。本發(fā)明著重描述了三維Arcan數(shù)字試件的構(gòu)建方法Arcan三維數(shù)字試件的構(gòu)建是本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)，從未有過(guò)其他文獻(xiàn)研究，瀝青混合料的Arcan試驗(yàn)就是本人參與發(fā)明的，已獲得專利，這個(gè)是在后續(xù)的Arcan虛擬試驗(yàn)中提出的。因此，Arcan三維數(shù)字試件的構(gòu)建方法就是發(fā)明點(diǎn)。其中，重點(diǎn)考慮了粗集料的三維空間形狀、粗集料級(jí)配特征、空隙大小與分布特征等，也包括集料的生成與投放技術(shù)等?，F(xiàn)有技術(shù)在構(gòu)建瀝青混合料的三維數(shù)字試件時(shí)，不能充分考慮粗集料三維空間形狀(扁平比、棱角性以及長(zhǎng)軸傾角)，而本發(fā)明基于中心球擴(kuò)散方法的粗集料構(gòu)建模型，通過(guò)對(duì)應(yīng)的方法構(gòu)建出粗集料的扁平比、棱角性以及長(zhǎng)軸傾角以及粗集料的級(jí)配情況，使得Arcan三維數(shù)字試件更加接近于實(shí)際情況?，F(xiàn)有技術(shù)在構(gòu)建瀝青混合料的三維數(shù)字試件時(shí)，不能充分考慮空隙的特征，僅僅從空隙率的大小出發(fā)，保證三維數(shù)字試件的空隙率與實(shí)際情況相同。而本發(fā)明充分考慮表征空隙大小分布的空隙“級(jí)配”，使得Arcan三維數(shù)字試件更加接近于實(shí)際情況。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3