非均勻多孔瀝青混合料中水流的三維細(xì)觀滲透行為

水流在瀝青混合料內(nèi)部的滲透行為是瀝青路面損害的關(guān)鍵因素，以往都是從宏觀尺度研究瀝青路面的水損害行為。我們針對(duì)水流在瀝青路面內(nèi)部的細(xì)觀水損害行為開展深入研究。首先，借助X-ray CT（Computerized Tomography）和三維數(shù)值模擬技術(shù)，表征瀝青混合料內(nèi)部空隙的細(xì)觀分布，識(shí)別混合料內(nèi)部的空隙特征，針對(duì)材料密度連續(xù)變化特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)CT圖像進(jìn)行高斯平滑和H-maxima轉(zhuǎn)換，以消除圖像噪音和降低圖像內(nèi)顆粒像素密度變異性，重點(diǎn)研究分水嶺分割算法在瀝青混合料CT圖像中的實(shí)現(xiàn)，對(duì)圖像內(nèi)粗集料進(jìn)行分割與參數(shù)量測(cè)，并對(duì)所提出的方法進(jìn)行級(jí)配驗(yàn)證，獲得了一系列研究成果，這是對(duì)瀝青混合料內(nèi)部三組份（集料、砂膠和空隙）精細(xì)分割的基礎(chǔ)；改進(jìn)了滲透測(cè)試裝置進(jìn)行瀝青路面滲透行為模擬，對(duì)穩(wěn)態(tài)水壓力模式的水流滲透沖刷行為取得一定成果。本項(xiàng)目的研究從細(xì)觀視角揭示封閉混合料內(nèi)部水流的細(xì)觀滲透規(guī)律，為有效控制水損害奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 2100433B

瀝青路面水損害是世界各國面臨的重大難題，而水流在瀝青路面內(nèi)部的作用效應(yīng)是導(dǎo)致其水損害的關(guān)鍵因素。以往研究方法尚未確切闡明水流在混合料內(nèi)部的滲透行為，本項(xiàng)目擬從瀝青混合料的三維細(xì)觀尺度入手，借助X-ray CT（Computerized Tomography）和三維數(shù)值模擬技術(shù)，準(zhǔn)確表征瀝青混合料內(nèi)部空隙的三維分布，精細(xì)識(shí)別空隙的連通特征，深度優(yōu)化現(xiàn)有瀝青混合料的三維重構(gòu)算法，構(gòu)建反映瀝青混合料內(nèi)部真實(shí)三維形貌的數(shù)值試樣，結(jié)合改進(jìn)的滲透測(cè)試裝置以及三維流體模型，模擬在不同水力梯度方向和不同水壓力模式（穩(wěn)態(tài)、脈動(dòng)和高脈動(dòng)）下，水流在混合料細(xì)觀空隙內(nèi)的流速、流動(dòng)路徑、水壓力傳導(dǎo)、沖刷效應(yīng)以及瑞流特征，并據(jù)此建立不同方向上滲透系數(shù)的數(shù)值預(yù)測(cè)方法，構(gòu)建瀝青混合料內(nèi)部動(dòng)態(tài)三維可視化流場(chǎng)模型。本項(xiàng)目旨在從新的視角揭示封閉混合料內(nèi)部水流的細(xì)觀滲透規(guī)律，為有效控制水損害奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

車轍是瀝青路面主要病害之一，嚴(yán)重影響路面行車安全和舒適性。傳統(tǒng)的連續(xù)均質(zhì)的分析方法難以體現(xiàn)瀝青混合料中集料的離散特性。瀝青混合料作為多相復(fù)合材料，其力學(xué)特性與集料、瀝青砂漿及空隙的體積含量、空間分布及細(xì)觀結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。項(xiàng)目通過建立瀝青混合料細(xì)觀力學(xué)模型，虛擬永久變形試驗(yàn)，從細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次分析瀝青混合料的永久變形行為。 首先，考慮粗集料顆粒的不規(guī)則形狀，編寫三維不規(guī)則多面體形狀集料的生成算法，生成各檔粒徑。利用X-ray CT掃描及數(shù)字圖像處理技術(shù)，生成滿足級(jí)配特征、考慮了粗集料不規(guī)則形狀、尺寸與空隙滿足一定分布狀態(tài)的瀝青混合料三維離散元數(shù)字試件，并與真實(shí)試件進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。 其次，分析瀝青混合料內(nèi)部各相組成材料之間的接觸行為，建立了微觀接觸模型參數(shù)與宏觀試驗(yàn)參數(shù)的關(guān)系，并通過室內(nèi)試驗(yàn)確定了相應(yīng)的微觀參數(shù)。采用離散元軟件PFC3D，建立了瀝青混合料三維虛擬單軸靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和重復(fù)荷載蠕變?cè)囼?yàn)方法，分析了虛擬試驗(yàn)結(jié)果的變異性，并通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。提出了基于時(shí)溫等效原理的三維單軸靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和重復(fù)荷載蠕變?cè)囼?yàn)的計(jì)算效率優(yōu)化方法，大幅減少三維離散元粘彈性模型的計(jì)算時(shí)間。在虛擬蠕變?cè)囼?yàn)基礎(chǔ)上分析了虛擬試件內(nèi)部接觸力和位移的分布變化及蠕變行為的影響因素。 再次，通過瀝青混合料三維虛擬試件生成方法，生成了三維瀝青混合料虛擬車轍試件，建立了虛擬車轍試驗(yàn)方法。在虛擬車轍試驗(yàn)基礎(chǔ)上分析了車轍試驗(yàn)過程中瀝青混合料內(nèi)部接觸力的分布及變化、位移分布、粗集料空間運(yùn)動(dòng)軌跡、粗集料轉(zhuǎn)動(dòng)情況及粗集料接觸狀態(tài)的變化，一定程度上從細(xì)觀角度揭示了瀝青混合料車轍形成機(jī)理。 最后，通過虛擬單軸蠕變?cè)囼?yàn)和虛擬車轍試驗(yàn)方法，對(duì)集料的宏觀特征（粗集料含量和集料分布特征）、集料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)（棱角性、長軸取向及表面紋理）和空隙的細(xì)觀結(jié)構(gòu)（單個(gè)空隙的大小、空隙分布及空隙取向）對(duì)瀝青混合料的高溫永久變形性能的影響進(jìn)行了分析，提出了提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的合理化建議。 2100433B

非均勻流是不滿足均勻流條件的流動(dòng)。

是與均勻流相對(duì)的概念，詳細(xì)內(nèi)容可以參考均勻流的詞條。

中文名稱

非均勻流

英文名稱

nonuniform flow

定　　義

流體的流速大小及方向沿程不斷變化的水流。

應(yīng)用學(xué)科

地理學(xué)（一級(jí)學(xué)科），水文學(xué)（二級(jí)學(xué)科）

明渠非均勻漸變流是指流速沿程變化較小而流線接近于平行直線的明渠水流 。