1.接触模型确定

近代胶浆理论假定混合料是一种多级的空间网状的分散体系，包括粗分散体系、细分散体系和微分散体系。粗分散体系是指将粗集料作为分散相分散在沥青砂浆中；细分散体系是指将细集料作为分散相分散到沥青胶浆中；微分散体系是指将填料作为分散相分散到沥青介质中，如图5-14 所示。上述多级分散体系中，以沥青胶浆为基础，因此沥青混合料的高、低温性能由沥青胶浆的组成所决定。

图5-14　沥青混合料多级分散体系示意图

众所周知，沥青混合料是由集料、沥青砂浆及空隙组成的三相复合体系，分析中空隙可以通过删除部分砂浆单元产生。根据上述胶浆理论，沥青混合料是多级分散体系，存在如下几种相互作用：① 粗集料与粗集料间的相互作用；② 粗集料内部颗粒单元间的相互作用；③ 粗集料与沥青玛脂之间的相互作用；④ 沥青玛脂内部颗粒单元之间的相互作用。因此，沥青混合料微观力学模型即为上述4 种相互作用的数学表达，颗粒单元之间的相互关系如图5-15 所示。

图5-15　颗粒间的相互关系示意图

通过PFC 各种接触模型的介绍及参考相关的研究成果，最终确定采用线性刚度接触模型来描述集料单元间的接触；采用接触黏结模型来模拟集料之间的接触；沥青砂浆单元用Burgers 接触模型进行模拟；沥青砂浆与集料之间的接触用平行黏结模型进行模拟，具体的接触模型设置情况如表5-1 所示。

表5-1　沥青混合料接触模型设置

2.接触模型参数确定方法

参数确定有两种方式：当数值试验不太复杂，直接通过宏观试验进行校准，如图5-16 所示；如果试验比较复杂需要自定义模型，针对自定义模型设计试验（宏观试验）进行校准，然后再针对整个试验参数进行校准，如图5-17 所示。

图5-16　简单数值试验参数校准

图5-17　自定义接触模型数值试验参数校准

3.集料微观参数确定

本试验中采用的集料岩性为石灰岩，石灰岩的弹性模量变化范围为16～45 GPa[101～103]，我国路基路面没有关于石料弹性模量的规定，结合公路的受力条件，模拟时取值为 30.5 GPa。石灰岩的泊松比变化范围为0.24～0.32[104]，本文取集料的泊松比为 0.25。根据弹性模量与剪切模量之间的关系，可以得到集料切向与法向刚度比为0.4，集料的切向刚度与法向刚度见表5-1，表中R 为离散单元半径。根据相关研究成果[99]，集料间摩擦系数取值为0.35，则集料微观参数如表5-2 所示。

表5-2　集料微观接触模型参数

4.沥青砂浆微观参数确定

（1）沥青砂浆组成设计。

为了获取沥青砂浆微观参数，需要在室内成型沥青砂浆试件，获取力和位移关系，根据宏观参数与微观参数之间的关系确定出微观参数。本文根据表5-3 Sup-20 沥青混合料集料合成级配进行沥青砂浆级配设计。沥青砂浆由细集料和胶结料组成。按照Sup-20 沥青混合料级配，根据各档集料筛余百分率比例不变的原则，将粗集料部分去掉计算出相应的沥青砂浆级配。沥青用量根据比表面积法计算获得。(www.daowen.com)

表5-3　Sup-20 沥青混合料级配

为了计算方便假定粗细集料总质量为 100 kg，根据有关研究成果可得到各档集料及矿粉的比表面积，如表5-4 所示[105]。

表5-4　集料比表面积分析

续表

假定沥青混合料中沥青均匀地裹覆在粗细集料及矿粉的表面，各种矿料所裹覆的沥青数量与其比表面积成正比，即相同比表面积的矿料裹覆等量的沥青，沥青砂浆中沥青与矿料之比（简称为油砂比）的计算过程如表5-5 所示。

表5-5　沥青砂浆中油砂比的计算

根据上文沥青砂浆矿料级配及油砂比的设计过程，最终获得沥青砂浆的配合比，如表5-6 所示。

表5-6　沥青砂浆配合比

（2）沥青砂浆蠕变试验。

沥青砂浆蠕变试验采用的试件尺寸为直径100 mm，高度100 mm 的圆柱体试件，如图5-18 所示。本文采用静压成型方法制备沥青砂浆试件。由于沥青砂浆中沥青含量比较高，脱模比较困难，而且容易使试件变形甚至破坏，因此成型时试模内侧要涂抹脱模剂，脱模时将试模放入环境箱中3 h，保证试件温度低于10 °C 进行脱模。

图5-18　沥青砂浆试件

借助UTM-100 试验机进行单轴重复冲剪试验，获取60 °C 条件下沥青砂浆试件轴向应变与加载次数之间的关系。将试验后的数据采用1stopt与Origin 数值计算软件对试验数据进行拟合，获得宏观Burgers 模型参数，如图5-19 和表5-7 所示。

图5-19　沥青砂浆单轴重复荷载蠕变曲线

表5-7　重复加载条件下Burgers 模型参数

根据重复加载蠕变试验得到沥青砂浆宏观Burgers 模型参数以及宏观参数与微观参数之间的关系，即可获得Burgers 微观接触模型参数，如表5-8 所示，L 为两颗粒半径和。

表5-8　重复加载试验Burgers 接触模型微观参数