图像处理方法在粗集料形态评价中的应用研究进展

粗集料是沥青混合料的主要成分之一,我国每年公路建设需要消耗几十亿吨的粗集料。粗集料形状、棱角和纹理对沥青混合料高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能具有显著影响。准确评价粗集料的形态特征对于粗集料的质量控制和沥青混合料设计具有重要意义。图像处理方法是研究粗集料形状、棱角和纹理特征的有效手段。系统总结了二维图像处理方法(基于图像尺寸和半径的方法、腐蚀-膨胀法、分形维数法、梯度法和多边形拟合法、霍夫变换法、傅里叶变换法、小波变换法)和三维图像处理方法(球谐变换法、傅里叶变换法、小波变换法、腐蚀-膨胀法)在粗集料形态评价中的应用和取得的研究成果,并针对不同方法的局限性进行了评述。针对二维图像方法的固有缺陷,提出了今后的研究重点是基于粗集料的三维点云数据使用三维图像处理方法构建粗集料形状、棱角和纹理评价指标。最后结合作者现行的研究,介绍了使用激光三维扫描技术采集粗集料三维图像的步骤,并探讨了利用三维点云数据计算粗集料三维尺寸、处理粗集料棱角和平滑粗集料纹理的方法。

粗集料形态对沥青混合料性能的影响研究现状

沥青混合料是高等级路面常用的铺面材料,粗集料占沥青混合料总质量的50%以上,粗集料形态(形状、棱角和纹理)对沥青混合料性能具有重要影响。本文系统总结了国内外学者在这方面的研究成果,并得出:针片状粗集料含量增加会降低沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和抗疲劳性能,提高粗集料的棱角性可以增强沥青混合料的抗车辙性能,增强粗集料的纹理性可以改善沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性。基于对现有研究的分析,建议今后进一步研究不同长短比区段的粗集料对沥青混合料性能的影响,以及全面研究粗集料棱角和沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性和疲劳性能之间的关系。

基于灰色关联度的铁路道砟表面形态指标研究

道砟作为直接承受铁路轨道荷载的材料,需要有较好的表面形态和抗磨耗能力.以新建铁路用一级碎石道砟为研究对象,通过洛杉矶磨耗试验改变道砟的表面形态,利用图像处理软件确定出面积、等效椭圆长轴长度、等效椭圆短轴长度、费雷特最大直径、费雷特最小直径、轴向系数、圆度和Angularity(P)8个表面形态指标;对不同磨耗次数下各评价指标的变化趋势和不同粒径的损失百分比进行分析,进一步结合灰色关联分析理论提出最优评价指标和具体要求.结果表明:各评价指标值都随着磨耗次数的增加逐渐减小,最终趋于稳定状态;16~25 mm与56~63 mm粒径的道砟在洛杉矶磨耗试验中最易被磨耗.结合灰色关联度计算结果,最后确定出Angularity(P)、轴向系数和圆度为道砟表面形态的最优评价指标.

装配式预应力混凝土路面结构设计研究

传统水泥混凝土路面因抗压强度高、刚度较大、耐久性较强、使用寿命长而被广泛应用。然而,由于硅酸盐水泥混凝土的性质,现浇水泥混凝土路面养护时间长、强度增长慢、开放交通晚,无法满足路面快速施工的要求。因此,基于绿色建筑和智能建造技术理论开发了一种新型可循环使用的路面体系,即装配式预应力混凝土路面,通过标准化设计基础板、中央应力板和连接板,进行工厂化预制和现场模块化安装,施工速度快,施工环境不受极端天气的影响。装配式路面使用性能优异,既可广泛应用于公路新建、改扩建和养护工程,也可用于地震、泥石流等极端自然灾害条件下的道路抢修。

列车荷载作用下道砟材料的累积变形和破碎规律

随着高速铁路建设的快速发展以及既有线路的提速,列车的高速运行引起道砟结构颗粒的碎化、变形导致轨道的不平顺,造成工程病害,成为亟待解决的关键问题。本文对比分析了早期国内外道砟累积变形预测模型和模拟列车重复荷载的试验条件,提出已有预测模型已不适用于当下环境,并且指出还需进一步探讨试验方案的设计;总结了道砟破碎的影响因素以及离散单元法在道砟累积变形和破碎研究中的应用,提出了进一步研究的建议。

基于图像分析的粗集料形状特征参数及分布规律

沥青混合料的路用性能受粗集料的形状特征影响显著。为解决集料基本轮廓形状特征的测量和表征问题,通过对集料进行清洗、染色、烘干、平铺拍照等一系列试验,使用MATLAB软件编程计算,对试验采集的玄武岩粒径分别为4.75,9.5,13.2,16,19 mm的粗集料图像进行了增强、分割等处理。基于数字图像处理技术计算得到不同粒径集料的大小指标(长短轴、周长和面积)。引入形状参数指标(矩形度、形状指数和棱角性),通过集料大小指标计算了不同颗粒的形状特征参数。基于统计学方法研究了各形状特征参数的分布规律,利用线性回归模型分析了各形状特征参数与级配的相关性,并通过形状参数对集料加工和混合料级配进行了评价。结果表明:矩形度在数值上体现出较好的一致性,平均值与最大值变化幅度小,粒径为9.5 mm的集料矩形度分布更均匀;形状指数的平均值和最小值变化不明显,在数值上其差异性较大;不同粒径集料的棱角性差异性较大,棱角性大于1.20的集料颗粒较少;矩形度和棱角性与集料级配之间有着较好的相关性,而形状指数与级配不相关;矩形度和棱角性能够表征混合料级配的粗细;形状指数可以评价集料加工是否符合要求,为混合料级配范围的确定提供依据。

沥青混合料断裂数值模拟进展

以沥青混合料为建筑材料的沥青路面是我国高等级公路的主要铺面形式,裂缝是造成沥青路面破坏的主要原因之一。研究沥青混合料的开裂机理有助于优化沥青混合料的设计,提高其抗裂性能。数值模拟是研究沥青混合料断裂的有效手段。但是,由于沥青混合料组成材料的多相性和细观结构的不均匀性,沥青混合料的断裂模式非常复杂。尽管目前断裂力学理论和数值模拟手段取得了很大进步,沥青混合料的断裂模拟问题还处于探索阶段。本研究总结了基于经典断裂力学理论的有限元方法、内聚力模型的有限元方法、细观结构模型的有限元方法和细观结构模型的离散元方法在沥青混合料断裂模拟中的应用和取得的成果。在分析各种数值模拟方法优劣的基础上,展望了今后的研究重点。在有限元方面,建议进一步研究基于沥青混合料三维细观结构的有限元方法,重点解决三维细观结构构建、计算收敛性和单元畸变问题。在离散元方面,建议进一步研究基于沥青混合料三维细观结构的离散元方法,重点解决计算效率和细观断裂本构模型问题。

移动荷载作用下装配式路面响应分析

文章采用ABAQUS有限元软件建立路面结构的三维有限元动载模型,调用FORTRAN语言编写的用户子程序VDLOAD模拟移动荷载,分析不同车速下的最大板底拉应力和面层最大竖向位移、同一车速下不同超载率的板内最大剪应力变化规律。结果表明,行车速度的提高会降低装配式面板的板底拉应力以及面层竖向位移;同一车速下,随着荷载的增加,面板内部的最大剪应力将增大。

装配式路面张拉过程力学响应数值仿真

文章基于ABAQUS软件建立装配式预应力路面三维有限元模型,通过仿真计算装配式路面板在张拉过程中的应力分布特征得知,预应力钢绞线应力变化随空间位置呈对称分布,应力值表现为先增大后保持平稳最后呈减小趋势;预制面板锚固区和张拉区应力变化规律相似,高应力区出现在纵向预应力筋孔道3cm处,最大应力分别为58.85MPa、50.22MPa。研究结果可为预制面板设计提供参数依据。