- 选题背景和意义：
级配碎石是由粗、细碎石集料和石屑按照一定的比例混合排列、颗粒组成符合一定级配要求并具有空间网络和一定空隙率的多相体系。级配碎石作为路面结构材料，必须具有足够的强度以提供良好的承载能力。级配碎石基层的强度，一方面来自碎石颗粒本身的强度，另一方面来源于碎石粗集料颗粒之间的嵌挤作用，其中加州承载比CBR具有明确的物理意义，国内外多以CBR指标来表征材料嵌挤强度。为了得到强嵌挤作用的级配碎石，对其骨架结构进行研究具有必要性。
对于级配碎石的研究，主要有两个方向：第一是基于试验路试验数据探讨级配碎石路用性能的影响性因素并进行材料与配比优化设计，该研究思路以连续介质力学的弹塑性模型为基础，然而级配碎石具有明显的颗粒性和非线性特征，连续体理论并不能很好地表征其本构关系。此外，级配碎石室内试验普遍存在周期长、工作量大、设备与操作依赖性高等问题，宏观层面的试验也不能直观地对级配碎石骨架结构进行分析研究。所以综合来看，基于室内试验的级配碎石特性研究结果并不理想。第二是基于颗粒流的级配碎石数值模拟。颗粒流理论是针对颗粒细观结构特征的离散元方法，通过一定的程序运算不断调整相关的参数建立最为合适的本构模型进而模拟颗粒运动、相互作用关系来研究材料的宏观性能与细观响应。级配碎石是由粗集料搭建骨架结构、细集料填充于空隙中从而形成最大发挥强度效应的混合料。基于离散元方法可以对级配碎石的组分组成与排列、骨架结构、运动位移等进行直观的演示模拟，有助于揭示宏观研究与试验所无法观测到的级配碎石内在机理；通过虚拟试验能够探究粗细集料级配组成、骨架结构、空隙率等对级配碎石的力学特性影响；还可以显著节约研究时间缩短设计周期。
综上所述，本文基于颗粒流理论、借助PFC平台进行级配碎石的骨架结构特性研究具有重要的实际意义。
- 课题关键问题及难点：
- 学习离散元理论与软件
本项研究以离散元软件PFC5.0为平台。离散元理论基于牛顿第二定律和力-位移方程，建立合适的模型、模拟受力与运动状态等。作为本项研究的核心技术，离散元理论和软件的学习是后续试验研究的基础，熟悉其力学模型、本构模型、基本假设、边界条件和计算法则，掌握模拟特性、假设条件、接触准则和接触的本构关系。
- 生成级配碎石虚拟试件
级配碎石的粗细集料级配是其结构与力学特性的重要影响因素。将集料质量比转换为颗粒面积和半径比，标定合适的微力学参数，利用PFC5.0内置命令生成指定粒径范围的颗粒并控制比例以模拟级配碎石的级配组成；通过wall命令生成封闭矩形区域以模拟试模；设置重力加速度使颗粒处于自然堆积状态进而对其进行模拟压实，最终得到既定要求的虚拟试件。
- 开展CBR数值模拟试验
加州承载比CBR是当前大多数国家采用的级配碎石设计指标，它表征的是材料抵抗局部荷载压入变形能力。在虚拟CBR试件的基础上进行CBR虚拟试验，模拟试验条件与加载过程：构建模拟压头和模拟荷载板，以固定的速度推动模拟压头并利用PFC5.0的伺服机制控制虚拟压力恒定不变；使用软件的数据记录功能记录贯入量和贯入力并整理分析数据。
- 粗细集料级配对骨架结构特性的影响性分析
级配碎石结构中，粗集料形成骨架结构，是嵌挤强度的主要来源。细集料填充骨架空隙形成骨架-空隙或骨架-密实结构，对级配碎石的结构与力学特性亦有影响。基于虚拟贯入试验或虚拟CBR试验，研究级配碎石的粗集料级配组成和骨架结构分析，分析骨架结构内部的接触状况和接触力的传递路径，分析级配碎石结构的细观特征、粗细集料级配对级配碎石承载能力的影响从而优化级配组成，形成良好的嵌挤骨架结构。
- 文献综述（或调研报告）：
- 级配碎石结构与特性研究现状
沥青路面基层主要有半刚性基层和柔性基层两种，级配碎石则属于后者。级配碎石应用于道路基层主要的缺陷在于会产生过大的塑性变形导致道路在使用初期就发生损坏。鉴于半刚性基层路面基层反射裂缝现象愈发严重，研究者也开始重新审视级配碎石在道路设计中的应用，研究级配碎石的级配组成设计、结构特性等。
对于级配碎石的级配设计，主要有三种结构：悬浮-密实结构、骨架-空隙结构、骨架-密实结构。国外悬浮-密实级配大多按照富勒曲线指数原理设计，泰波指数n是决定级配组成的依据，一般认为n取0.3-0.5时都具有比较好的密实度，其他国家后续均以此法为基础开发适合适合的级配设计方法，如前苏联的以颗粒直径1/2递减方法。骨架-空隙结构由于空隙过大，透水性和耐久性较差而不适于道路设计。骨架密实结构采用密实间断级配，由粗集料相互嵌挤形成骨架结构，再加入细集料填充空隙，具有较高的强度和较好的性能。美国Robert Bailey[1]提出了贝雷法用于沥青混合料级配设计并得到良好效果，贝雷法以骨架密实思想为基础，因此同样适用于级配碎石设计。在国内，曹建新[2]提出了填充系数K法设计级配碎石级配，将细集料、细集料中的空隙和水按照不同的填充系数填充骨架形成良好的嵌挤密实结构，进行了力学性能测试，结果表明：在p=15MPa时，利用填充系数法设计的级配碎石混合料变形大多在3.5mm-4.5mm之间波动，空隙率在16.8%-22.9%之间波动，具有良好的物理力学性能。马骉等[3]从级配碎石的剪切性能出发，分析了不同筛孔通过率对抗剪切性能的影响，研究发现：对于最大粒径31.5mm、n=0.5的级配碎石而言，4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm筛孔通过率均对级配碎石剪切性能存在显著影响，推荐筛孔通过率分别为35%-44%、22%-37%、10%-15%、2%-7.5%。袁峻等[4]以CBR值为评价指标，通过试验分析，认为相比击实成型，振动成型能够得到CBR值更大的混合料试件，在一定范围内，最大粒径越大试件强度也越高且细集料含量对级配碎石强度影响存在驼峰曲线。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
