为了分析冲剪试验的可行性，建立了三维有限元模型，分析试件在荷载作用下的应力分布，并与路面结构和单轴贯入试验进行了对比分析，为冲剪试验参数的确定打下基础。模型尺寸为 φ150 mm ×100 mm ，压头直径为38.5 mm，中空底座内径为 100 mm。边界条件为：径向方向施加径向约束。底座位置施加垂直约束，对称位置施加对称约束，材料假定为各向同性的沥青混合料，材料参数取值如表2-2 所示。冲剪试验是在单轴贯入试验的基础上设置了围压和中空的圆环底座。本研究中是采用钢制圆环紧紧套住试件产生围压，使其不会产生侧向变形。

为了分析方便，建立了1/4 有限元模型，如图3-11 所示，其中径向为x 轴和z 轴方向，轴向为y 轴方向。图3-12 是试件顶部的应力分布情况，图3-13 是试件底部应力分布情况。图3-14 为径向切片云图。图3-15是试件中不同深度处沿径向方向的应力分布图；图3-16 是不同的径向位置沿高度方向的应力分布图。

图3-11　冲剪试验有限元模型

图3-12　有限元模型顶部应力分布

图3-13　有限元模型底部应力分布

图3-14　径向切片图(www.daowen.com)

图3-15　不同深度径向应力分布

图3-16　不同径向位置沿深度方向应力分布

由图3-11～图3-16 可以看出，冲剪试验受力情况与单轴贯入试验有很多类似之处：① 冲剪试验和单轴贯入试验有限元模型最大应力位置都不在荷载位置，而是在荷载位置下方2～3 cm 位置处；② 从切片图可以看出，两种试验的应力分布也很相似，应力都是对称分布，以压头为中心逐渐减小，但中心点位置应力比较小，这与实际情况很相似；③ 不同深度处径向应力分布以及不同径向位置沿深度方向的应力分布，两者都很相似。

但是，冲剪试验和单轴贯入试验也有不同之处：① 冲剪试验施加了钢围压，而单轴贯入利用压头周围的沥青混合料产生比较小的围压；②从图3-11、图3-13、图3-14 和图3-15 可以看出，冲剪试验在荷载作用下产生一条轴向滑动面，可以直观表征剪切破坏；③ 冲剪试验增加了中空的环形底座，可以模拟剪切变形情况。

根据以上分析可知，路面结构在垂直和水平荷载作用下，最大剪应力和有效应力位置在距离荷载大约0.05 m 深处。从单轴贯入试验受力分析可以看出，其与实际受力有很多相似之处，在分析较小应力作用下是可行的，但是由于沥青混合料可以提供的围压有限，无法模拟沥青混合料在荷载作用下的破坏状态。冲剪试验设置了钢围压，径向有一定的变形空间，沥青混凝土在侧向变形中能够根据加载的大小提供随荷载变化的被动围压，这与实际路面受力状况是一致的。冲剪试验提供了中空的环形底座，在荷载作用下产生轴向的滑动面，这与沥青路面在水平荷载作用下的剪切破坏相似，由图3-14 可以看出图中试件的受力情况与路面结构在汽车紧急制动状态相一致，并且与直剪试验相似。综上所述，冲剪试验是模拟沥青混合料冲击剪切变形比较好的一种试验方法。