复合式路面疲劳裂纹扩展数值模拟研究

孔令云，邹胜楠，黄麟钬，吴海鹰，余 苗，杨 博

(1 重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074； 2. 重庆交通大学工程设计研究院有限公司，重庆 400074；3. 中机中联工程有限公司，重庆 400039)

0 引 言

疲劳开裂是复合式路面的常见破坏形式之一，它主要分为两阶段，第1阶段为疲劳裂纹形成阶段，第2阶段为疲劳裂纹扩展阶段[1]。传统的疲劳寿命预估以第1阶段为主，认为路面结构只要达到了极限应力或者极限应变，就会产生裂纹并发生疲劳破坏。但实际上，沥青路面在产生裂纹后并非瞬间失效，而是发生裂纹扩展，其扩展寿命可能会远大于裂纹的形成寿命。人们对沥青路面的疲劳裂纹扩展规律的研究做了很多。刘宇等[2]采用能量耗散的观点研究了沥青混合料第2阶段的疲劳演化规律，并认为疲劳裂纹扩展寿命在沥青结构层寿命中占主要部分；王宏畅等[3]预估了级配碎石沥青路面的裂纹起裂寿命和裂纹扩展寿命，结果表明前者约为后者的1/1 000；钱振东等[4]在实验和离散元模拟的基础上研究了环氧沥青混凝土的裂缝尖端张开位移(CTOD)和裂缝口张开位移(CMOD)之间的变化规律，测定出了裂纹起裂与裂纹失稳的相关参数，为研究裂纹稳态扩展提供了判断依据；栾利强[5]将多层沥青层简化为一层进行数值模拟，研究了半刚性基层沥青路面应力强度因子以及横向裂缝疲劳寿命的变化规律。

疲劳裂纹扩展寿命计算目前主要采用Paris公式，它以应力强度因子为主要参数之一。断裂力学[6-7]介绍了多种应力强度因子的解法，其中包括积分变换法、权函数法、边界配置法、应力外推法、虚拟裂纹闭合法等。……