随着我国道路交通事业的快步向前发展,在日益增加的交通压力下相当程度的路面产生了各种形式的破坏。其中,解决路面主要破坏形式之一的疲劳破坏问题已然成为研究的重中之重。多年来,沥青混合料的疲劳损伤机理十分复杂。国内外学者对疲劳的损伤和累积叠加的研究已有近70年的历史。通常在进行疲劳损伤累积叠加机理的研究时忽略了对材料自愈性的考虑。经大量研究表明,沥青混合料在一定的条件下具有一定的疲劳损伤愈合能力。国内外设计者在对沥青混合料进行设计时,通常不考虑或较少考虑沥青混合料的自愈性,这就使得工程设计过于保守,造成成本、能源浪费等问题。本课题组就基于自愈性的沥青混合料疲劳损伤累积叠加机理展开研究。研究考虑自愈合补偿的沥青混合料疲劳性能具有很好的社会价值与路用价值,但目前国内对此的研究还相对缺乏。本文通过室内试验方法对沥青混合料的疲劳累积损伤机理进行研究,通过加入间断时间模拟实际路面工作状态,得出有间歇时间的疲劳累积损伤方程,并对已有的疲劳判定方法提出建议。首先,为了后续疲劳试验沥青的选择及沥青混合料的设计,本文对沥青混合料自愈合能力的各种影响因素进行了分析。通过对影响自愈性的主要因素分析结果来选取合适试验条件,以及适当的试验材料。其次,采取室内小梁四点弯曲疲劳试验,对不同沥青及类型的混合料先分别进行了单级荷载下的有无间歇时间的疲劳试验。分析沥青混合料的疲劳损伤演化,确定疲劳影响参数,从而建立疲劳方程。再对不同沥青混合料分别进行了两级荷载下的有无间歇时间的疲劳试验。分析沥青混合料的疲劳累积损伤叠加机理,确定疲劳影响参数,选取疲劳预估模型进行分析。最后,通过对比有无间歇时间的疲劳寿命预估方程、Miner法则预估疲劳寿命以及数据分析图,结合实际路面疲劳开裂情况,对现行疲劳试验中的试验终止条件即弯曲劲度模量降低到初始劲度模量的50%提出相应的改善建议。本文研究分析结果得出:(1)通过在疲劳试验中增加不同的休息时间,来判断沥青混合料的自愈合能力对疲劳寿命的影响关系,经研究发现,随着休息期的增加,混合料的劲度模量恢复程度也随之提高,相应的沥青混合料的疲劳寿命也有所延长。随着路面损伤量的增加材料的愈合能力也将逐渐降低。但是在路面实际行车过程中,路面往往得不到长时间的休息。因此采用在每个加载周期内加入间歇时间能更好的反应汽车在沥青路面的行驶状态。(2)通过对不考虑自愈性能的单级荷载下沥青混合料的疲劳数据进行分析,发现实际疲劳寿命与选取的疲劳寿命预估方程相关性较差,因而利用所得到的疲劳试验数据对选用的疲劳寿命预估方程进行优化,验证证明疲劳寿命优化预估方程与实测寿命有较高的相关性。(3)基于应变控制的单级荷载下沥青混合料实际疲劳寿命来对两级简单荷载和循环荷载的试验进行设计,经试验结果数据分析图、累积损伤量以及疲劳寿命预测值分析得出,沥青混合料在受到等幅荷载的时候分为三个阶段。第一个阶段为劲度模量急剧下降阶段,第二个阶段劲度模量下降速度缓慢,劲度模量曲线斜率较小。第三个阶段由于试件的内部裂缝逐渐扩大导致劲度模量快速降低。在两级荷载转换时,试件的劲度模量都发生了突变。从低应变水平转化为高应变水平的过程中,试件的劲度模量有一个小幅度的升高,而从高应变水平向低应变水平转换时,劲度模量的恢复幅度要比从低向高转化时大,这是由于在加载由高应变水平向低应变水平转换时,存在着上一级高应变水平作用下的应力残留,所以进行应变转换时的劲度模量恢复较大,另外因为试件的微裂缝产生及裂缝路径的改变等也会导致转换时劲度模量的增大。无论是在单级荷载还是两级荷载下的疲劳试验,在现有规范的试验中止条件下并没有出现的三阶段,试件并没有达到破坏临界值并发生破坏,由此可知现有规范对疲劳试验的要求偏于保守,可能会造成级配设计偏于保守导致资源材料的浪费。通过对疲劳损伤因子D的计算,发现其值始终大于1,说明两级荷载下的疲劳累积损伤演化过程呈非线性。采用Miner法则进行预测的疲劳寿命基本都小于试件的实际疲劳寿命,说明使用本模型预估的疲劳寿命相对保守。(4)通过对考虑自愈合能力的沥青混合料疲劳试验结果进行分析发现,无论是在单级荷载还是两级荷载下的疲劳试验中,疲劳寿命与不考虑自愈合能力的相比都有较大的提升。首先,对单级荷载试验中增加间歇时间,劲度模量整体变化趋势基本没有改变,仍然呈现基本的两阶段,单劲度模量整体下降趋势较为缓慢,但曲线有一定的波动,考虑为材料的自愈合恢复等导致劲度模量曲线呈现波动。其次在两级荷载的两种加载方式中,经过休息期的疲劳试验疲劳损伤因子远大于一,说明增加休息期的疲劳累积损伤演化过程也呈非线性。用Miner法则对沥青混合料疲劳寿命进行预估发现预估寿命远小于材料的实际疲劳寿命。(5)通过对本文的整体分析,现行规范中疲劳试验的终止条件太过保守,即使在不增加休息时间的普通沥青混合料疲劳试验中试验终止时试件仍处于劲度模量平稳衰减过渡阶段,并没有进入裂纹扩展会和期,模量并没有迅速降低,并没有达到破坏的临界点。建议采用以疲劳试验结果绘制的数据分析图中残留劲度模量的拐点作为疲劳试验的终止条件,或是运用耗散能理论对疲劳试验的终止条件进行定义。本文旨在以沥青混合料自愈合能力为基础,分析沥青混合料疲劳累积损伤叠加机理,并为考虑自愈能力的疲劳极限设计方法提供理论支持。