洪哲，楊樹

基于DIC技術(shù)的瀝青混凝土開裂特征量化研究

洪哲，楊樹

(湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410082)

基于DIC技術(shù)應(yīng)用半圓彎曲試驗研究瀝青混凝土的斷裂特性，測量如下斷裂指標(biāo)：裂縫開口位移(CMOD)、裂尖開口位移(CTOD)和25，提出更為全面的開口位移矩陣作為開裂特征量化指標(biāo)，用以評價瀝青混凝土斷裂過程中裂縫尖端復(fù)雜的斷裂特性。研究結(jié)果表明：裂縫尖端內(nèi)聚力區(qū)域不一定唯一，且具有不規(guī)則和不連續(xù)等特點。位移開口矩陣為重新定義裂縫以及量化蠕變特性提供了新依據(jù)。

數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)；瀝青混凝土；斷裂研究；開口位移矩陣

溫度裂縫作為瀝青路面主要病害之一，嚴(yán)重影響道路的使用壽命以及行車舒適[1]。裂縫導(dǎo)致瀝青路面受到更多的雨水侵蝕和陽光輻射等影響，進而引發(fā)其他路面病害，使得瀝青路面的使用壽命大幅下降。因此對瀝青混凝土路面裂縫開展相關(guān)研究具有一定的現(xiàn)實背景與研究意義。在眾多斷裂研究試驗中，半圓彎曲斷裂試驗(Semi-Circular Bend, SCB)，具有試件制備簡單、試件來源廣泛、路面鉆芯取樣試件的力學(xué)特性更接近實際狀態(tài)等優(yōu)點[2]，因而倍受斷裂研究人員青睞。本文基于DIC技術(shù)，應(yīng)用SCB試驗研究瀝青混凝土的開裂特征，為瀝青混凝土的抗裂性設(shè)計服務(wù)。在斷裂力學(xué)領(lǐng)域，裂縫開口位移(CMOD)、裂尖開口位移(CTOD)等傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)，是彈塑性斷裂力學(xué)中判斷裂紋是否產(chǎn)生的重要準(zhǔn)則，可用于衡量裂縫張開的程度。應(yīng)用傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)研究斷裂特征具有一定的現(xiàn)實基礎(chǔ)與理論依據(jù)，但同時也具有一定局限性。SCB試驗通過控制荷載，使CMOD增長速率保持穩(wěn)定，常用的加載速率有0.03 mm/min和1.00 mm/min 2種。在給定的材料和環(huán)境條件下，CMOD可估算用于斷裂研究的J積分[3]，其測量值可表征材料開裂臨界點。此外，CMOD在考慮預(yù)切口的高度和寬度等參數(shù)后還可用于計算材料的斷裂韌度等。在彈性力學(xué)理論中，裂尖處存在無限大奇點，導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)力無窮大問題。為解決這一問題，相關(guān)研究將該區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力重新分布，提出了內(nèi)聚力模型。當(dāng)材料塑性變形較為明顯時，裂尖處存在內(nèi)聚力區(qū)域，因而基于彈塑性理論提出了CTOD和J積分2個指標(biāo)用以表征及量化內(nèi)聚力區(qū)域。CTOD是裂尖兩側(cè)分界點的相對位移(通常用表示CTOD)。該值是裂縫尖端的參數(shù)，表示裂尖前緣區(qū)域因裂縫存在而產(chǎn)生位移間斷的強弱程度。但由于預(yù)切口尖端空間大小的限制，CTOD難以用位移傳感器直接測量，因而將兩測點之間的距離延長至5 mm，用5表示。之后的研究發(fā)現(xiàn)，裂尖附近的粗集料對位移測量有一定影響，為了弱化裂尖附近粗集料對位移測量的影響，將測點標(biāo)距由5 mm延長至25 mm，用25表示CTOD[4]。至此，25的引入有效解決了CTOD測量難和測量數(shù)據(jù)變異性大等問題，并被廣大研究人員接受而沿用至今。裂縫發(fā)展包括啟裂和擴展階段[5]，25-CMOD曲線可作為研究瀝青混凝土材料斷裂行為的輔助手段[6]，CTOD-CMOD曲線可確定裂縫初始啟裂點，反映材料的黏彈性[7]。傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)由位移傳感器測量，接觸式測量方法對試件受力有一定影響，且位移傳感器安裝需要一定空間位置，因測量范圍有限，所以傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)僅涉及裂縫啟裂階段，并不能表征裂縫擴展情況。為了全面地研究瀝青混凝土的斷裂特性，基于DIC技術(shù)的全場式和非接觸式位移測量方法，為獲取裂紋從啟裂到擴展最后到破壞的全過程提供了新手段。DIC技術(shù)是一種非接觸式現(xiàn)代光學(xué)測量技術(shù)，具有光路簡單、環(huán)境適應(yīng)性強、非接觸式、全場式等特點[8]。該技術(shù)可全局實時監(jiān)測試驗試件破壞過程中裂縫地啟裂與擴展，能精確地捕捉到瀝青混凝土裂縫尖端的斷裂過程、獲取裂縫長度等信息[9-11]。DIC技術(shù)突破了常規(guī)位移測量裝置的局限性，譚憶秋等人應(yīng)用3點彎曲試驗，驗證了DIC技術(shù)的可行性及其可靠性，且精度滿足要求[12]。DIC技術(shù)除了可以用于位移測量，應(yīng)用間接拉伸試驗還可以預(yù)測瀝青混凝土的疲勞壽命[13]。開口位移矩陣是基于DIC技術(shù)進行數(shù)字圖像全場位移測量之后，根據(jù)實際斷裂情況在圖像任意選取相關(guān)測點，進而構(gòu)成的一種位移矩陣，矩陣中不但包含CMOD，CTOD和25等傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)，還包含了試件上任意2點之間的位移信息。矩陣位移分析方法消除了安裝位移傳感器的影響，可用于分析裂縫擴展時的位移變化情況，以及裂尖前緣內(nèi)聚力區(qū)的變形特征。本文的主要內(nèi)容為應(yīng)用DIC技術(shù)對瀝青混凝土開裂特征的量化研究，并基于DIC技術(shù)提出位移開口矩陣的概念。

1 SCB試件材料選取、制備工藝及試驗

1.1 試件材料選取

本次研究為預(yù)備性研究，僅考察溫度變量對斷裂特征量化的影響，后續(xù)將進行不同分級瀝青、不同集料粒徑等變量的研究。試驗選用PG64-22的基質(zhì)瀝青，集料最大公稱粒徑為9.5 mm，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范AASHTO T312制備瀝青混合料。試驗試件成型后，分別在0 ℃和?24 ℃條件下進行加載試驗。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)試件制備

本研究中SCB標(biāo)準(zhǔn)試件由實驗室旋轉(zhuǎn)壓實試件切割而來。在滿足材料選取要求的前提下，依據(jù)AASHTO T312試驗規(guī)范制備旋轉(zhuǎn)壓實試件，將旋轉(zhuǎn)壓實試件沿垂直高度方向從中間切取厚度為24.7±2 mm的圓盤形切片試件，再將圓盤形試件沿圓的直徑方向分割為兩半，得到2個半圓試件，沿著半圓試件對稱軸方向預(yù)切一條長15.00±1.00 mm，寬1.00±0.10 mm的預(yù)切口。試件切割如圖1(a)所示，標(biāo)準(zhǔn)試件各項物理參數(shù)如圖1(b)所示。

(a) 試件切割示意圖；(b) 標(biāo)準(zhǔn)試件參數(shù)

(a) 試驗加載示意圖；(b) 傳統(tǒng)位移參數(shù)

1.3 SCB試驗流程

為盡量減少試件與支座之間的摩擦，簡化試件受力狀態(tài)，在底部支座采用圓柱體支撐，頂部采用條形荷載。在試件底部預(yù)設(shè)切口使其尖端處出現(xiàn)應(yīng)力集中，將裂縫啟裂點控制在預(yù)切口尖端附近。試件下部安裝由計算機控制CMOD速率的夾式位移傳感器，本試驗CMOD速率為0.03 mm/min。試驗開始之前進行預(yù)加載，使施力桿與試件接觸，保證后續(xù)形變的穩(wěn)定性，試驗與圖像采集同步進行，直至試件完全破壞。因難以在預(yù)切口尖端直接測量CTOD，研究人員引入25位移參數(shù)代替CTOD，25為跨越切口尖端且對稱于預(yù)切口2測點(距離為25 mm)之間的位移。SCB試驗過程如圖2(a)所示，傳統(tǒng)參數(shù)測量位置如圖2(b)所示。

2 DIC技術(shù)及圖像處理

2.1 DIC技術(shù)基本原理、圖像采集及圖像后處理

DIC技術(shù)是以物理光學(xué)干涉原理為基礎(chǔ)，光線經(jīng)物體表面漫反射后，會在空間干涉形成隨機的粒子結(jié)構(gòu)。依此原理拍攝的圖像稱為散斑圖，因而DIC技術(shù)又稱為數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)。散斑會隨著物體變形而發(fā)生移動，通過分析物體表面斑點地運動進而得出物體的應(yīng)變場。DIC技術(shù)運用于全場位移測量時，首先識別散斑圖像的所有子區(qū)，得出圖像各子區(qū)的灰度特征值函數(shù)，然后對前后圖像的子區(qū)進行相關(guān)性試算，最后根據(jù)試算結(jié)果得到全場位移。得到全場位移后，應(yīng)用柯西方程可將全場位移轉(zhuǎn)變?yōu)槿珗鰬?yīng)變。

本試驗采用單一相機的二維DIC技術(shù)，設(shè)定計算機圖像采集頻率為 0.2 Hz，2張圖像時間間隔為5 s。采集試驗圖像過程中，為使圖像清晰、滿足試驗精度要求，應(yīng)保證工業(yè)相機Basler?正對試件且與試件表面保持平行，且相機與試件的距離不宜過遠、相對位置應(yīng)保持不變，若試驗環(huán)境較暗，則需增加均勻穩(wěn)定的光照[14]。圖像采集開端在試件前放一把標(biāo)準(zhǔn)直尺，用以確定像素與坐標(biāo)的換算關(guān)系，后續(xù)圖像則可根據(jù)第一張圖像將像素換算成實際尺寸，進而確定試件上每一點的坐標(biāo)。(本研究中通過調(diào)整相機位置使圖像像素為2百萬，寬度方向有1 600像素，高度方向有1 200個像素，精度保持在10 pixel/mm的水平)。

獲取試驗圖像后，基于MATLAB?軟件對圖像進行后處理。首先對首張圖像以整像素為單位劃分網(wǎng)格單元，網(wǎng)格交點為位移分析可選點，且該交點對應(yīng)于試件上唯一一點，后續(xù)圖像將以該網(wǎng)格為基礎(chǔ)自動劃分。在預(yù)切口、下部支撐以及上部加載處做精細化處理，以便后期取點位移分析。之后，系統(tǒng)識別試件表面的數(shù)字圖像，并計算圖像像素坐標(biāo)，在采集連續(xù)的圖像中，根據(jù)像素點地位置移動進行對比運算，得出全場應(yīng)變。后期取點位移分析時，由于裂縫的存在，網(wǎng)格交點位置將會移動，因此應(yīng)以首張圖像為基準(zhǔn)圖像，在此基礎(chǔ)上選取所需分析點進行位移分析。

DIC技術(shù)的應(yīng)用無需安裝位移傳感器，可減少外界因素對試件受力情況的影響，相比于傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)，DIC技術(shù)測得的位移參數(shù)可覆蓋整個試件，有利于裂縫擴展過程中的位移分析。

2.2 開口位移矩陣

2.2.1 傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)的局限性

CMOD，CTOD和25等位移指標(biāo)在一定程度上反映材料的黏彈性，且參數(shù)的變化與裂縫啟裂有關(guān)[15]。預(yù)切口尖端處的集中應(yīng)力將裂縫啟裂點控制在尖端附近，但尖端處的位移無法使用位移傳感器直接測量。傳統(tǒng)指標(biāo)僅能測量預(yù)切口附近的位移變化情況，丟失了裂縫擴展路徑中的變形信息，且位移傳感器黏附在試件表面影響受力情況[16]。盡管在之后的研究中25弱化了預(yù)切口尖端處粗集料對位移測量的影響，但仍未涉及裂縫向前擴展的路徑以及位移變化情況。

2.2.2 開口位移矩陣模型的建立

基于DIC技術(shù)的全場位移測量可更全面地表征裂縫尖端的蠕變特性，為方便瀝青混凝土的斷裂位移分析，提出開口位移矩陣(Opening Displace- ment Matrix，簡稱ODM)的概念。

為了定義試件上網(wǎng)格交點的坐標(biāo)，在預(yù)加載之前的圖像上，以預(yù)切口尖端中點為坐標(biāo)原點，取向右、向上為正方向，建立虛擬直角坐標(biāo)系。定義裂縫預(yù)切口兩側(cè)任意對稱2點之間張開位移所組成的矩陣為開口位移矩陣。網(wǎng)格劃分后的網(wǎng)格交點都可成為矩陣中的元素，但由于數(shù)據(jù)量龐大，且無用信息較多，通常人為控制矩陣構(gòu)建選點的位置。由于劃分網(wǎng)格單元時以整像素為單位，位移分析選點只能為網(wǎng)格交點，因而選點的直角坐標(biāo)并不一定是整毫米數(shù)。若位移分析對選點位置要求較高，可在適當(dāng)縮小單個網(wǎng)格尺寸將網(wǎng)格單元加密，但會增加圖像后處理時間。

例如矩陣中點(2,?2)與(?2,?2)之間的位移為ODM(2,?2)。CMOD是ODM的一個特例，可表示為ODM(0.5,?15)，CTOD可表示為ODM(0.5,0)，25可表示為ODM(12.5,0)。部分區(qū)域矩陣構(gòu)建如圖3所示。

圖3 ODM構(gòu)建示意圖

3 試驗結(jié)果分析

3.1 DIC技術(shù)的可行性分析

基于前人所做的3點彎曲、間接拉伸等斷裂試驗研究，可知DIC技術(shù)在斷裂研究領(lǐng)域具有一定的研究基礎(chǔ)和理論依據(jù)。本研究中的可行性分析，一方面是為了驗證DIC技術(shù)在本研究中的可行性，另一方面是為了調(diào)整DIC技術(shù)的精度，為后續(xù)研究做準(zhǔn)備。選取PG64-22的瀝青、NMAS9.5根據(jù)規(guī)范制備所需瀝青混凝土試件，采用0 ℃與?24 ℃ 2種試驗溫度，將SCB試驗中夾式位移傳感器采集的數(shù)據(jù)與應(yīng)用DIC技術(shù)在同一位置所得的數(shù)據(jù)進行 對比。文中主要采集了位移傳感器測得的CMOD (在圖中表示為clip gauge—CMOD)、DIC— CMOD (DIC所得數(shù)據(jù)，選點位置與位移傳感器位置一致)以及CTOD(傳統(tǒng)位移測量應(yīng)用25代替CTOD值，本研究應(yīng)用DIC技術(shù)在預(yù)切口尖端處取點獲取 CTOD值)。

從圖4(a)中可知，由于試件在加載破壞過程中有一定機械振動，但總體來說位移傳感器與DIC技術(shù)所得數(shù)據(jù)吻合度較高。試件加載到試驗快結(jié)束時DIC所測位移較大，這是由于試件在豎向荷載作用下整體發(fā)生一定程度的彎曲變形，位移傳感器之間出現(xiàn)一定角度，導(dǎo)致開口處的位移速率難以保持線性，因而圖4(a)DIC數(shù)據(jù)更符合實際情況。圖4(b)中，?24 ℃溫度下位移曲線斜率出現(xiàn)較為明顯的轉(zhuǎn)折，裂縫從啟裂到擴展到一定長度用時較短，說明材料處于低溫狀態(tài)時表現(xiàn)為脆性斷裂，但這并未影響DIC技術(shù)與位移傳感器之間的吻合性。

瀝青混凝土作為黏彈性材料，裂縫尖端處存在內(nèi)聚力變形區(qū)。由圖4(c)可知，加載后，位移變化最先在CTOD上反映，預(yù)切口尖端處的內(nèi)聚力變形區(qū)耗散一部分能量，導(dǎo)致在同一荷載作用下CTOD要小于CMOD。瀝青混凝土模量受溫度影響較大，比較圖4(c)與4(d)可知，在?24 ℃比0 ℃狀態(tài)下的模量更高，材料表現(xiàn)出脆性破壞，內(nèi)聚力區(qū)域變形能力減弱，若要在?24 ℃時達到與0 ℃同一位移量則需要更大的荷載。

綜上所述，應(yīng)用DIC技術(shù)研究瀝青混凝土斷裂特性具有一定的研究基礎(chǔ)與理論依據(jù)，且滿足試驗的精度要求。

3.2 全場應(yīng)變云圖

DIC技術(shù)的后處理能力在基于連續(xù)采集的圖像，通過相關(guān)性運算后，可計算出試件表面所有點的應(yīng)變，將整個開裂過程以應(yīng)變云圖的形式展現(xiàn)，圖5(a)和5(b)為試驗前后不同時刻的應(yīng)變云圖。

(a) 0 ℃PG64-22；(b) ?24 ℃PG64-22；(c) 0 ℃PG64-22；(d) ?24 ℃PG64-22

(a) 較前時刻應(yīng)變云圖；(b) 較后時刻應(yīng)變云圖

瀝青混凝土材料具有黏彈性特征，斷裂、變形過程極為復(fù)雜。由斷裂力學(xué)可知，斷裂試驗中荷載做功的用處可分為3部分：抵抗彈性形變、產(chǎn)生永久變形以及用于斷裂。分析應(yīng)變云圖可知，在上部加載以及下部支撐等3處存在一定永久變形，以上3處地變形以及能量耗散，關(guān)乎到斷裂能計算的準(zhǔn)確性，但由于該區(qū)域形狀不規(guī)則且受力較為復(fù)雜，現(xiàn)階段還未能對其進行深入的量化研究。

在裂縫啟裂與擴展過程中，裂縫尖端處始終有一定范圍的變形區(qū)域，該區(qū)域被稱為內(nèi)聚力區(qū)(Cohesive zone)。由圖5可知，斷裂過程中，在預(yù)切口尖端有多處內(nèi)聚力區(qū)域，幾何形狀和尺寸較為復(fù)雜，且具有不連續(xù)、不規(guī)則等特性，其位置隨著裂縫地擴展會發(fā)生移動。當(dāng)荷載小于材料抗裂性能時，應(yīng)力在裂縫尖端將重新分布形成內(nèi)聚力區(qū)域，當(dāng)荷載作用持續(xù)增加直至超過其抗裂能力時，即產(chǎn)生裂縫。在圖5中，預(yù)切口尖端左側(cè)雖然同樣存在形變，但從加載至試驗結(jié)束，試驗試件表面上該區(qū)域未出現(xiàn)任何裂縫。因此如何定義裂縫以及如何判別裂縫是否已經(jīng)產(chǎn)生，還有待進一步深入研究。

綜上所述，在斷裂試驗中，支撐處的永久變形以及內(nèi)聚力區(qū)域的塑性變形成為能否準(zhǔn)確量化其開裂特征的重要因素之一。DIC技術(shù)有望重新定義裂縫，為判別裂縫開辟新手段。

3.3 ODM位移分析

為了簡化并充分分析裂縫尖端內(nèi)聚力區(qū)域的位移特征，本文提出開口位移矩陣的概念。

沿縱向取點進行位移分析，由于試驗溫度有所差異，且像素與坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系不同，因而取點坐標(biāo)不同。曲線圖6(c)對應(yīng)選點位置如圖6(a)所示，選取ODM(12.3,0)，ODM(12.3,10.4)，ODM (12.3,25.5)；曲線圖6(d)對應(yīng)選點位置如圖6(b)所示，選取ODM(13,0)，ODM(13,14.8)和ODM(13, 25)。對于圖6(c)，若以試件表面可見裂縫作為啟裂的評判標(biāo)準(zhǔn)，可大致確定該試件開裂時間為第10 min左右，但由圖6(c)中曲線的斜率，經(jīng)過非線性擬合后，穩(wěn)定值臨界點出現(xiàn)在第7 min左右。這意味著在肉眼可識別的裂縫出現(xiàn)之前，其曲線增長速率已達到穩(wěn)定值，由曲線斜率臨界點確定裂縫具體啟裂時刻更有理論依據(jù)。從ODM(12.3,0)到ODM (12.3,25.5)，隨著裂縫地擴展，曲線斜率臨界點也隨之推移。ODM不僅僅局限于對啟裂階段地位移監(jiān)測，也可對裂縫擴展路徑進行位移分析。在?24 ℃狀態(tài)下，如圖6(d)試件在較短時間內(nèi)開裂，瀝青混凝土材料的黏彈性特征并不明顯。因此由圖6(c)和6(d)曲線中可得：

(a) 選點位置1；(b) 選點位置2；(c) 0 ℃PG64-22；(d) ?24 ℃PG64-22

1) 位移隨著時間增長的速率并非線性，且增長的速率逐漸增大，最終趨于一個穩(wěn)定值。

2) 增長速率由零到穩(wěn)定階段為內(nèi)聚力區(qū)形變的過程，變形累計到一定程度后產(chǎn)生裂縫[16]，臨界點的存在為重新定義裂縫提供了依據(jù)。

沿橫向取點進行位移分析，取點位置如圖7(a)所示，選取ODM(2.8,0)，ODM(7.5,0)，ODM(12.3, 0)，ODM(2.8,10.4)，ODM(7.5,10.4)，ODM(12.3, 10.4)，ODM(2.8,19.8)，ODM(7.5,19.8)和ODM(12.3, 19.8)等9組點作為分析對象。將所得位移變化曲線繪制如圖7(b)，7(c)和7(d)。對于曲線7(b)，由于ODM(2.8,19.8)與ODM(12.3,19.8)之間存在內(nèi)聚力區(qū)域變形，因而離預(yù)切口較遠處的位移要大。對于曲線7(d)，其狀態(tài)與7(b)相比呈現(xiàn)相反趨勢，離預(yù)切口較近處的位移要大。圖7(c)中曲線出現(xiàn)了一個交叉點，隨著試驗的進行較遠處的位移由大于近處位移進而變?yōu)樾∮诮幬灰?。其原因在于ODM (12.3,0)在裂縫啟裂初期處于內(nèi)聚力范圍內(nèi)，隨著裂縫地擴展，內(nèi)聚力區(qū)域的位置隨之發(fā)生改變，最后超出了內(nèi)聚力變形區(qū)域范圍。由橫向位移分析曲線可得：

1) 內(nèi)聚力變形區(qū)對其鄰近區(qū)域地變形有一定影響，但其影響區(qū)域有一定范圍。

2) 若增加位移分析點的密度，將有望依此確實內(nèi)聚力區(qū)域的邊界。

(a) 選點位置；(b) 0 ℃PG64-22；(c) 0 ℃PG64-22；(d) 0 ℃PG64-22

4 結(jié)論

1) 裂縫啟裂和擴展是內(nèi)聚力區(qū)變形累積的結(jié)果，裂縫的擴展方向由內(nèi)聚力區(qū)的變形方向決定。內(nèi)聚力區(qū)的形狀及大小并不規(guī)則，現(xiàn)階段尚缺乏對該區(qū)域地深入研究，增加ODM分析取點密度將有望初步確定內(nèi)聚力區(qū)域的尺寸。

2) 溫度對瀝青混凝土斷裂有較大的影響，較低溫度狀態(tài)下斷裂特性更多地表現(xiàn)為脆性斷裂。較高溫度狀態(tài)下的位移變化曲線可明顯看出蠕變3階段，應(yīng)用ODM可獲得更多有關(guān)蠕變特性的有效 信息。

3) 基于DIC技術(shù)的ODM，將位移測量范圍從局部擴大到整體試件，可根據(jù)裂縫擴展情況選取關(guān)鍵點進行位移分析，且大大減少了位移計安裝工作量，減少位移傳感器對試件受力的影響。

4) ODM為重新定義裂縫提供了依據(jù)，突破了CMOD，CTOD以及25常規(guī)斷裂指標(biāo)的局限性，拓寬了傳統(tǒng)斷裂指標(biāo)的測量面，為研究內(nèi)聚力區(qū)以及瀝青混凝土的斷裂機理提供新手段。

5 展望

DIC全場位移測量技術(shù)使試件在試驗過程中的應(yīng)變以全局形式展現(xiàn)，應(yīng)變云圖可定性研究裂縫啟裂和擴展?fàn)顩r。內(nèi)聚力區(qū)的存在使得裂縫啟裂和擴展復(fù)雜化，應(yīng)用ODM量化該區(qū)域的形狀、大小等特征還有待進一步研究。SCB試件在上部加載以及下部支撐處存在永久變形，該部分能量耗散會影響斷裂能的計算，應(yīng)用ODM位移分析方法將有望對變形區(qū)域定量分析。

裂縫是內(nèi)聚力區(qū)變形累積的結(jié)果，應(yīng)用ODM有望可重新定義裂縫的啟裂點(或裂縫擴展點)，為量化裂縫的長度、寬度等指標(biāo)提供新手段。

綜上，利用DIC技術(shù)深化瀝青混凝土開裂機理研究有一定的研究基礎(chǔ)與現(xiàn)實意義。為進一步全面評價使用ODM指標(biāo)量化瀝青混凝土的開裂特征，后續(xù)將研究瀝青分級、集料等因素對開裂特征的 影響。

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Quantitative research on cracking characteristics of asphalt concrete based on DIC technology

HONG Zhe, YANG Shu

(School of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)

In this paper, DIC technology was used to study the fracture characteristics of asphalt concrete using semicircular bending test, and the following fracture indicators were measured: Crack Opening Displacement (CMOD), Crack Tip Opening Displacement (CTOD) and25. A more comprehensive open displacement matrix was proposed as the quantitative index of cracking characteristics to evaluate the complex fracture characteristics of crack tip in asphalt concrete fracture process. The results show that the cohesive zone is not unique, irregular and discontinuous before crack tip. The displacement opening matrix provides a new basis for redefining fracture and quantifying creep characteristics.

digital image correlation technology; asphalt concrete; fracture research; opening displacement matrix

U414

A

1672 ? 7029(2019)07? 1652 ? 08

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.07.007

2018?10?23

國家自然科學(xué)基金資助項目(51708201)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(531107050918)

楊樹(1984?)，男，新疆昌吉人，助理教授，博士，從事瀝青與瀝青混凝土性能研究；E?mail：syang@hnu.edu.cn

(編輯 涂鵬)