長(zhǎng)沙理工大學(xué)呂松濤教授團(tuán)隊(duì)：為提高瀝青路面的耐久性和可靠性提供支撐

我國(guó)高等級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命為15年，而歐美發(fā)達(dá)國(guó)家普遍超過(guò)30年，并且我國(guó) 60%的高速公路在使用10～12年，17%的在使用6～8年后就需進(jìn)行大中修，其實(shí)際使用壽命也遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命。瀝青路面使用壽命偏短導(dǎo)致公路基礎(chǔ)設(shè)施頻繁地進(jìn)行大中修，消耗了大量的不可再生資源，產(chǎn)生了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞，并且誘發(fā)交通擁堵，顯著降低了道路的通行能力和路網(wǎng)運(yùn)輸效能，也極大增加了運(yùn)營(yíng)期的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。因此，如何提升瀝青路面的耐久性，是當(dāng)前公路工程領(lǐng)域亟待解決的工程問(wèn)題。

《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》指出要“增強(qiáng)設(shè)施耐久性和可靠性”，今后十幾年內(nèi)我國(guó)將會(huì)新建數(shù)萬(wàn)公里的高速公路和百萬(wàn)公里的普通公路，更有數(shù)百萬(wàn)公里的既有公路需要升級(jí)改造，其中絕大部分高等級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)為瀝青路面，可見(jiàn)，提高瀝青路面的耐久性是建設(shè)“交通強(qiáng)國(guó)”國(guó)家戰(zhàn)略的迫切需求。

影響瀝青路面耐久性的首要關(guān)鍵在于科學(xué)的耐久性瀝青路面設(shè)計(jì)理論與方法，瀝青混合料是一種由瀝青結(jié)合料和不同粒徑礦料通過(guò)攪拌和碾壓而成的多相、多組分、多尺度黏彈性材料，其力學(xué)響應(yīng)具有顯著的時(shí)間、溫度與應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)性，不同的試驗(yàn)方法所得的試驗(yàn)結(jié)果具有顯著的差異性與不確定性，該不確定性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取具有明顯的不唯一性，設(shè)計(jì)參數(shù)科學(xué)與否，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與可靠性，進(jìn)而嚴(yán)重地影響了路面的耐久性。此外，路面結(jié)構(gòu)性能受交通荷載、濕熱環(huán)境等多因素耦合作用影響，呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性時(shí)空演變特征，導(dǎo)致現(xiàn)行瀝青路面力學(xué)行為理論計(jì)算結(jié)果一直無(wú)法在工程實(shí)際中得到有效試驗(yàn)驗(yàn)證，其服役性能演變規(guī)律亦無(wú)法得到客觀準(zhǔn)確的描述與預(yù)測(cè)，這嚴(yán)重制約了我國(guó)耐久性瀝青路面發(fā)展以及“交通強(qiáng)國(guó)”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

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多場(chǎng)耦合下瀝青混合料疲勞及損傷歸一化

呂松濤 等著

北京 : 科學(xué)出版社, 2026. 1

ISBN 978-7-03-084246-6

基于此，《多場(chǎng)耦合下瀝青混合料疲勞及損傷歸一化》圍繞復(fù)雜服役條件下瀝青混合料的疲勞與損傷特性展開(kāi)系統(tǒng)研究，構(gòu)建了考慮加載頻率、環(huán)境溫度及三維應(yīng)力狀態(tài)影響的疲勞與損傷歸一化表征模型，揭示了傳統(tǒng)線性疲勞理論的局限性。針對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的時(shí)溫相關(guān)性與應(yīng)力非線性特征，提出了基于廣義應(yīng)力比的疲勞抗力校核方法及結(jié)構(gòu)疲勞破壞準(zhǔn)則，建立了適用于復(fù)雜環(huán)境的瀝青路面疲勞壽命預(yù)測(cè)模型。研究成果可為耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及服役性能評(píng)估提供理論支撐與技術(shù)依據(jù)。

全書(shū)共7章。

• 第1章“緒論”，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于瀝青混合料的疲勞及損傷特性的研究現(xiàn)狀以及所存在的問(wèn)題。

• 第2章“不同時(shí)溫及三維應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料強(qiáng)度特性研究”，介紹了瀝青混合料強(qiáng)度的時(shí)溫及應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)性，為研究瀝青混合料疲勞性能時(shí)疲勞應(yīng)力強(qiáng)度比的確定提供強(qiáng)度選擇依據(jù)，使所選取的強(qiáng)度值能夠客觀表征瀝青混合料在對(duì)應(yīng)疲勞加載工況下的結(jié)構(gòu)抗力。

• 第3章“不同加載頻率下瀝青混合料疲勞性能表征”，實(shí)現(xiàn)了不同加載頻率下瀝青混合料疲勞方程的統(tǒng)一表征，揭示了傳統(tǒng)

  S

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  疲勞方程應(yīng)力比以固定加載速度下的單一強(qiáng)度值為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所引起的結(jié)構(gòu)疲勞抗力設(shè)計(jì)不科學(xué)的問(wèn)題。

• 第4章“不同應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞損傷的非線性特性”，對(duì)疲勞加載過(guò)程中瀝青混合料疲勞損傷累積的非線性特征及應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)性進(jìn)行了介紹，揭示了傳統(tǒng)邁因納（Miner）線性疲勞損傷模型的不足。

• 第5章“復(fù)雜服役條件下瀝青混合料疲勞及損傷特性的歸一化”，基于所構(gòu)建的不同加載速度、環(huán)境溫度及應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料的強(qiáng)度破壞面，提出廣義應(yīng)力比的確定方法，建立了不同溫頻與三維應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞及損傷特性的歸一化表征模型，提升了復(fù)雜服役條件下瀝青混合料疲勞及損傷性能表征參數(shù)的有效性與完備性，為增強(qiáng)我國(guó)瀝青路面的耐久性和可靠性設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

• 第6章“復(fù)雜服役條件下路面結(jié)構(gòu)疲勞破壞機(jī)理與規(guī)律及抗力模型”，基于交通荷載作用下瀝青面層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的三維應(yīng)力狀態(tài)特征，以及所建立的不同時(shí)溫和應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料的強(qiáng)度破壞面，提出了一種疲勞抗力校核方法。該方法以等效應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以等效應(yīng)力小于等于各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)年限內(nèi)的容許等效應(yīng)力作為其疲勞破壞準(zhǔn)則。同時(shí)，本章為分析復(fù)雜服役條件下全壽命周期瀝青路面的疲勞損傷狀態(tài)評(píng)估及剩余壽命預(yù)測(cè)奠定了理論基礎(chǔ)。

• 第7章“結(jié)論與展望”對(duì)全文的主要研究成果進(jìn)行了歸納總結(jié)，提煉了本研究的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)，并展望了未來(lái)有待深入的研究方向，為在復(fù)雜服役條件下提升瀝青路面疲勞耐久性提供了有力支撐和發(fā)展思路。

不同應(yīng)力狀態(tài)、溫度、頻率與應(yīng)力水平下的瀝青混合料的疲勞損傷歸一化（可點(diǎn)擊放大）。針對(duì)傳統(tǒng)瀝青路面抗疲勞設(shè)計(jì)參數(shù)所存在的不唯一性與不確定性問(wèn)題，本書(shū)考慮了瀝青混合料疲勞性能的溫度、加載頻率及應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)性，開(kāi)展了復(fù)雜服役條件下瀝青混合料疲勞及損傷特性的歸一化研究，提高了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下瀝青混合料疲勞性能表征的完備性與有效性

本書(shū)得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：52225806）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“交通基礎(chǔ)設(shè)施”重點(diǎn)專項(xiàng)（編號(hào)：2023YFB2603500）的資助。全書(shū)內(nèi)容既相對(duì)獨(dú)立，又相互關(guān)聯(lián)，邏輯嚴(yán)密、結(jié)構(gòu)清晰。在內(nèi)容編排與文字表述上力求深入淺出、詳略得當(dāng)，既適合相關(guān)領(lǐng)域的科研人員和工程技術(shù)人員閱讀，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生的學(xué)習(xí)參考資料。

本文摘編自《多場(chǎng)耦合下瀝青混合料疲勞及損傷歸一化》（呂松濤等著. 北京 : 科學(xué)出版社, 2026. 1）一書(shū)“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

ISBN 978-7-03-084246-6

責(zé)任編輯：趙敬偉 趙 穎

（本文編輯：劉四旦）

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