一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法技术

本发明专利技术公开了一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，属于道路工程技术领域，包括设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度；构建多组双层排水路面结构的离散元数字模型，施加荷载，获得荷载在双层排水路面下层结构中的力链分布；确定混合料中沿力链路径、并承受主要荷载的集料的平均粒径，并对应到最接近的标准筛孔区间；这些筛孔区间的集料采用玄武岩或辉绿岩，其余筛孔尺寸的集料采用石灰岩；验证混合采用这两种石料的沥青混合料的性能。本方法将承受主要荷载的集料采用玄武岩或辉绿岩，其他集料采用石灰岩，充分利用了两种集料的受力特点，在保证沥青混合料性能的同时，有效降低双层排水路面下层结构的成本。

A method of limestone used in the substructure of double layer Drainage Pavement

【技术实现步骤摘要】
一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法
本专利技术属于道路工程
，具体涉及一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法。
技术介绍
双层排水路面具有良好的排水降噪性能，在我国多雨地区得到了逐步推广。由于采用了较大的空隙率(20％～25％)，双层排水混合料主要依赖集料之间的点接触来承受荷载，因而对集料的要求较高，常采用玄武岩或辉绿岩。玄武岩或辉绿岩在我国部分地区分布匮乏，需要远运材料，代价较高。对于双层排水路面下层结构而言，全部采用玄武岩或辉绿岩作为集料，则其建造成本较常规的密实型沥青混合料高约20％～30％。目前并无针对双层排水路面下层结构混合料中集料的替代方法。而常规的沥青混合料中集料替代方法，多数为用消石灰或水泥替代混合料中的矿粉(填料)，或者笼统地将混合料中的细集料由玄武岩替代为石灰岩。并没有根据混合料中各档集料的受力特性，进行针对性替换，其结果是要么替代率过小，没有起到有效降低建造成本的目的；要么替代不合理，造成混合料性能的大幅下降。若能根据荷载在排水沥青路面中的分布，将那些不承受主要荷载的集料，用石灰岩替换玄武岩或辉绿岩，则可在不降低混合料性能的同时，有效降低排水混合料建造成本。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，将不承受主要荷载的集料替换为石灰岩，在不降低混合料性能的同时，有效降低排水混合料的建造成本。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，包括如下步骤：a)设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度；b)基于步骤a)采用离散元方法，构建多组双层排水路面结构的离散元数字模型，确定相关模型参数；c)对所述的离散元数字模型施加边界条件和荷载，获得荷载在双层排水路面下层结构中的力链分布；d)确定沿所述的力链分布路径且承受主要荷载的集料的平均粒径，并对应到最接近的标准筛孔区间；其中，所述的主要荷载大于等于双层排水路面下层结构混合料中所有集料表面所承受的最大压力的60％；e)所述的标准筛孔区间的集料采用玄武岩或辉绿岩，其余筛孔区间的集料采用石灰岩，掺配改性沥青得到沥青混合料；f)验证所述的沥青混合料性能是否满足规范技术要求。进一步地，所述的步骤a)的具体方法：按照骨架空隙结构并与上层结构相匹配的原则，设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度。进一步地，所述的步骤b)的具体方法：按照a)步骤所得集料级配、空隙率和厚度，采用离散元方法，构建多组双层排水路面结构的离散元数字模型，确定集料、砂浆材料参数以及相互接触参数。进一步地，步骤c)中，对所述的离散元数字模型施加位移边界条件和竖向荷载，计算获得荷载在双层排水路面下层结构中的力链分布。进一步地，所述的步骤d)中采用荷载加权方法。进一步地，所述的荷载加权方法是采用下式确定所述的集料的平均粒径：D＝Σ(pi×di)/Σpi，其中pi≥60％P；式中：D为集料的平均粒径，mm；di为i集料的粒径，mm；pi为i集料表面所承受的压力，MPa；P为双层排水路面下层结构混合料中所有集料表面所承受的最大压力，MPa。进一步地，所述的对应到最接近的标准筛孔区间是当多次计算确定的承受主要荷载的集料平均粒径位于某相邻两档标准筛孔之间时，该平均粒径对应到该两档标准筛孔区间；当多次计算确定的集料平均粒径跨越某相邻两档及以上标准筛孔时，该平均粒径对应到由最小标准筛孔和最大标准筛孔确定的标准筛孔区间。专利技术原理：目前并无针对双层排水路面下层结构混合料中集料的替代方法。而常规的混合料中集料替代方法，多数为用消石灰或水泥替代混合料中的矿粉(填料)，或者笼统地将混合料中的细集料由玄武岩替代为石灰岩。并没有根据混合料中各档集料的受力特性，进行针对性替换，其结果是要么替代率过小，没有起到有效降低建造成本的目的；要么替代不合理，造成混合料性能的大幅下降。本申请根据荷载在双层排水沥青路面中的分布，将那些不承受主要荷载的集料，用石灰岩替换玄武岩或辉绿岩，则可在不降低混合料性能的同时，有效降低排水混合料建造成本。有益效果：与现有技术相比，本专利技术一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，根据双层排水路面下层结构混合料中集料的受力特性，保留承受主要荷载的集料为玄武岩或辉绿岩，而将其他集料替换为石灰岩，在不降低混合料性能的前提下，有效降低了混合料的建造成本，为玄武岩或辉绿岩匮乏地区铺筑双层排水路面提供了一条有效途径。附图说明图1为本专利技术的石灰岩用于双层排水路面下层结构的流程图；图2为本专利技术的双层排水路面下层结构中的荷载力链分布；附图标记：1-双层排水路面上层结构、2-双层排水路面下层结构、3-力链、4-荷载。具体实施方式下面结合附图和具体实施实例对本专利技术进一步说明。一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，包括如下步骤：a)设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度；b)基于步骤a)采用离散元方法，构建多组双层排水路面结构的离散元数字模型，确定相关模型参数；c)对离散元数字模型施加边界条件和荷载，获得荷载在双层排水路面下层结构中的力链分布；d)确定沿力链分布路径且承受主要荷载的集料的平均粒径，并对应到最接近的标准筛孔区间；其中，主要荷载大于等于双层排水路面下层结构混合料中所有集料表面所承受的最大压力的60％；e)标准筛孔区间的集料采用玄武岩或辉绿岩，其余筛孔区间的集料采用石灰岩，掺配改性沥青得到沥青混合料；f)验证沥青混合料性能是否满足规范技术要求。步骤a)的具体方法：按照骨架空隙结构并与上层结构相匹配的原则，设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度。步骤b)的具体方法：按照a)步骤所得集料级配、空隙率和厚度，采用离散元方法，构建多组双层排水路面结构的离散元数字模型，确定集料、砂浆材料参数以及相互接触参数。步骤c)中，对离散元数字模型施加位移边界条件和竖向荷载，计算获得荷载在双层排水路面下层结构中的力链分布。步骤d)中采用荷载加权方法。荷载加权方法是采用下式确定集料的平均粒径：D＝Σ(pi×di)/Σpi，其中pi≥60％P；式中：D为集料的平均粒径，mm；di为i集料的粒径，mm；pi为i集料表面所承受的压力，MPa；P为双层排水路面下层结构混合料中所有集料表面所承受的最大压力，MPa。对应到最接近的标准筛孔区间是当多次计算确定的承受主要荷载的集料平均粒径位于某相邻两档标准筛孔之间时，该平均粒径对应到该两档标准筛孔区间；当多次计算确定的集料平均粒径跨越某相邻两档及以上标准筛孔时，该平均粒径对应到由最小标准筛孔和最大标准筛孔确定的标准筛孔区间。结合图1，说明一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法。步骤一：设计双层排水路面下层结构2的集料级配、空隙率和厚度按照骨架空隙结构并与上层结构相匹配的原则，设计双层排水路面下层结构2的集料级配、空隙率和厚度。如果双层排水路面上层结构1采用PAC-10混合料，则双层排水路面下层结构2采用PAC-16混合料；如果双层排水路面上层结构1采用PAC-13混合料，则双层排水路面下层结构2采用PAC-20混合料。双层排水路面上层结构1、双层排水路面下层结构2的空隙率均为20％～25％。双层排水路面上层结构1厚度一般为25mm～40mm，双层排水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：a)设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度；b)基于步骤a)采用离散元方法，构建多组双层排水路面结构的离散元数字模型，确定相关模型参数；c)对所述的离散元数字模型施加边界条件和荷载，获得荷载在双层排水路面下层结构中的力链分布；d)确定沿所述的力链分布路径且承受主要荷载的集料的平均粒径，并对应到最接近的标准筛孔区间；其中，所述的主要荷载大于等于双层排水路面下层结构混合料中所有集料表面所承受的最大压力的60％；e)所述的标准筛孔区间的集料采用玄武岩或辉绿岩，其余筛孔区间的集料采用石灰岩，掺配改性沥青得到沥青混合料；f)验证所述的沥青混合料性能是否满足规范技术要求。

【技术特征摘要】
1.一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：a)设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度；b)基于步骤a)采用离散元方法，构建多组双层排水路面结构的离散元数字模型，确定相关模型参数；c)对所述的离散元数字模型施加边界条件和荷载，获得荷载在双层排水路面下层结构中的力链分布；d)确定沿所述的力链分布路径且承受主要荷载的集料的平均粒径，并对应到最接近的标准筛孔区间；其中，所述的主要荷载大于等于双层排水路面下层结构混合料中所有集料表面所承受的最大压力的60％；e)所述的标准筛孔区间的集料采用玄武岩或辉绿岩，其余筛孔区间的集料采用石灰岩，掺配改性沥青得到沥青混合料；f)验证所述的沥青混合料性能是否满足规范技术要求。2.根据权利要求1所述的一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，其特征在于：所述的步骤a)的具体方法：按照骨架空隙结构并与上层结构相匹配的原则，设计双层排水路面下层结构的集料级配、空隙率和厚度。3.根据权利要求1所述的一种石灰岩用于双层排水路面下层结构的方法，其特征在于：所述的步骤b)的具体方法：按照a)步骤所得集料级配、空隙率和厚度，采用离散元方法，构建多组双层排水路面结构的离散元数...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖公云，许兵，汤赞成，郭乔明，林子豪，曾武，朱宇昊，朱木峰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32