一種冷再生混合料在壓實(shí)過程中破碎的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模擬方法，具體涉及一種冷再生混合料在壓實(shí)過程中破碎的模擬 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 青路面就地冷再生技術(shù)是指對需要改造的舊瀝青路面進(jìn)行現(xiàn)場銑刨、翻挖、破碎 和篩分，之后需要加入一定量的新集料、再生結(jié)合料和水，在常溫條件下經(jīng)過拌合、攤鋪、碾 壓等施工工序，使其再生后能夠滿足道路結(jié)構(gòu)層性能要求的技術(shù)。由于再生技術(shù)對舊路材 料的回收利用率比較高，有時(shí)甚至達(dá)到1〇〇%，故比較適合我國常用的半剛性基層瀝青路面 結(jié)構(gòu)。舊瀝青混合料和舊路基層的再生利用，不像新修筑的道路那樣需要使用很多的瀝青 和砂石材料，舊路材料也不需要考慮運(yùn)輸和堆放的問題，因此，瀝青路面就地冷再生技術(shù)擁 有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。
[0003] 采用冷再生技術(shù)對道路進(jìn)行改造時(shí)，冷再生混合料顆粒在壓實(shí)過程中發(fā)生破碎， 其中冷再生混合料中的舊灰土塊更容易發(fā)生破碎，通過對冷再生混合料在擊實(shí)前后的級配 進(jìn)行對比，在室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)后，冷再生混合料中粒徑較小的集料質(zhì)量增加了，粒徑較大的集 料質(zhì)量減少了，說明冷再生混合料在擊實(shí)過程中發(fā)生了破碎。從而導(dǎo)致冷再生混合料的級 配發(fā)生變化，目前這一問題的研宄還是空白。
[0004] 冷再生混合料中的集料在碾壓或擊實(shí)過程中會(huì)發(fā)生破碎，目前在室內(nèi)試驗(yàn)中已 經(jīng)證實(shí)了這一過程，但還未有軟件對擊實(shí)過程集料的破碎進(jìn)行仿真模擬。而離散單元法 (DistinctElementMethod，DEM)是一種針對非連續(xù)介質(zhì)的研宄方法，從上世紀(jì)70年代應(yīng) 用以來，其在巖土工程、地質(zhì)工程、土質(zhì)學(xué)、機(jī)械工程等領(lǐng)域都得到了很多應(yīng)用，也取得了一 些豐碩的研宄成果，是一種新穎的非連續(xù)介質(zhì)研宄方法。PFC2D又稱二維顆粒流程序，是離 散元中的一種程序，其利用顆粒的運(yùn)動(dòng)來顯示研宄材料的特性，或者說PFC2D將材料的微觀 問題由物理界轉(zhuǎn)到數(shù)學(xué)界進(jìn)行解答，實(shí)物邊界簡化為球體、柱體、墻體等，而顆粒之間由接 觸模型建立聯(lián)系，顆粒的應(yīng)力狀態(tài)通過迭代方式體現(xiàn)。其假設(shè)認(rèn)為顆粒是剛體的，顆粒與顆 粒之間是可接觸的，接觸點(diǎn)有接觸強(qiáng)度，且顆粒與顆粒之間課重疊，顆粒的運(yùn)動(dòng)包括旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)。但在模擬的過程中單個(gè)顆粒是不可能發(fā)生破碎的，因此無法有效的模擬冷 再生混合料在壓實(shí)過程中破碎。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種冷再生混合料在壓實(shí)過 程中破碎的模擬方法，該方法可以有效的模擬冷再生混合料在壓實(shí)過程中的破碎。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的冷再生混合料在壓實(shí)過程中破碎的模擬方法包括 以下步驟：
[0007] 1)確定冷再生混合料的結(jié)構(gòu)層離散元模型的長度及寬度，使用PFC2D中的wall模 塊建立的矩形方框，其中，矩形方框的面積大于冷再生混合料結(jié)構(gòu)層離散元模型的橫截面 積；
[0008] 2)根據(jù)粒徑的大小將冷再生混合料分為若干級，將粒徑小于預(yù)設(shè)閥值的冷再生 混合料記作單顆粒，將粒徑大于等于預(yù)設(shè)閥值的冷再生混合料記作簇顆粒，其中，簇顆粒由 核心顆粒及六個(gè)外顆粒組成，六個(gè)外顆粒均勻分布在核心顆粒周圍，且六個(gè)外顆粒之間以 及與核心顆粒之間均通過平行粘結(jié)鍵相互粘結(jié)，在碾壓過程中，單顆粒只傳遞力，不產(chǎn)生破 壞；簇顆粒發(fā)生破壞；
[0009] 3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求為單顆粒和簇顆粒賦予相應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)；
[0010] 4)設(shè)置壓路機(jī)滾動(dòng)輪的半徑和密度，各單顆粒和簇顆粒在自重應(yīng)力條件下運(yùn)動(dòng)， 使壓路機(jī)滾動(dòng)輪與冷再生混合料的結(jié)構(gòu)層離散元模型實(shí)現(xiàn)接觸，并達(dá)到自重應(yīng)力平衡；
[0011] 5)設(shè)置壓路機(jī)滾動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度V,，在PFC2D中通過FISH語言編程控制壓路機(jī) 滾動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)；
[0012] 6)用FISH語言中編寫代碼，使冷再生混合料結(jié)構(gòu)層離散元模型的左右兩側(cè)墻體 分別設(shè)置為壓路機(jī)滾動(dòng)輪循環(huán)碾壓的左右邊界；
[0013] 7)在FISH語言的控制下通過壓路機(jī)滾動(dòng)輪在冷再生混合料的結(jié)構(gòu)層離散元模型 上方進(jìn)行滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷再生混合料在壓實(shí)過程中破碎的模擬。
[0014] 步驟1)中經(jīng)篩選后各級冷再生混合料的密度相同。
[0015] 步驟2)中的預(yù)設(shè)閥值為9. 5mm。
[0016] 步驟3)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求為單顆粒和簇顆粒賦予相應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)的具體過稱 為：將單顆粒及簇顆粒的密度均設(shè)置為1700kg/m3,單顆粒及簇顆粒的摩擦系數(shù)均設(shè)置為 〇. 5,簇顆粒及單顆粒的法向與切向剛度均為8.OX108N/m，簇顆粒之間的平行粘結(jié)強(qiáng)度、單 顆粒之間平行粘結(jié)強(qiáng)度、以及簇顆粒與單顆粒之間的平行粘結(jié)強(qiáng)度均為2. 45Mpa。
[0017] 步驟4)中壓路機(jī)滾動(dòng)輪的半徑設(shè)置為0.15m，壓路機(jī)滾動(dòng)輪的密度設(shè)置為 7850kg/m3〇
[0018] 壓路機(jī)滾動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度\設(shè)置為：vx= R，其中，vx為壓路機(jī)滾動(dòng)輪沿水 平方向的平移速度，R為壓路機(jī)滾動(dòng)輪的半徑。
[0019] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0020] 本發(fā)明所述的冷再生混合料在壓實(shí)過程中破碎的模擬方法在模擬冷再生混合料 在壓實(shí)過程中破碎的過程中，現(xiàn)在使用PFC2D中的wall模塊建立的矩形方框，再根據(jù)粒徑的 大小將冷再生混合料分為單顆粒及簇顆粒，其中簇顆粒由六個(gè)外顆粒與核心顆粒通過平行 粘結(jié)鍵相互粘結(jié)組成，簇顆粒發(fā)生破壞，然后給單顆粒及簇顆粒設(shè)置物理力學(xué)參數(shù)，并設(shè)有 壓路機(jī)滾動(dòng)輪的半徑、密度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度以及運(yùn)動(dòng)過程中的左右邊界，然后通過FISH進(jìn)行 以上設(shè)置的編程，再通過FISH語言在PFC2D軟件中實(shí)現(xiàn)對冷再生混合料在壓實(shí)過程中破碎 的模擬，操作簡單，實(shí)用性極強(qiáng)，開創(chuàng)了PFC2D軟件應(yīng)用的新領(lǐng)域，使集料在擊實(shí)的過程中的 破碎直觀的表現(xiàn)出來，使肉眼看不到的過程在軟件的幫助下成為現(xiàn)實(shí)。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明中簇顆粒的結(jié)果示意圖；
[0022] 圖2為實(shí)施例一中冷再生混合料結(jié)構(gòu)層離散元模型中級配顆粒生成時(shí)的示意圖；
[0023] 圖3為實(shí)施例一中冷再生混合料結(jié)構(gòu)層離散元模型中級配顆粒達(dá)到自重應(yīng)力平 衡后的t吳型；
[0024] 圖4為實(shí)施例一中壓路機(jī)滾動(dòng)輪作用在冷再生混合料結(jié)構(gòu)層離散元模型上的初 始加載圖；
[0025]圖5為實(shí)施例一中滾動(dòng)輪作用在冷再生混合料結(jié)構(gòu)層離散元模型上初始加載時(shí) 的力鏈圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0027] 本發(fā)明所述的冷再生混合料在壓實(shí)過程中破碎的模擬方