准确预测石灰稳定土在数十年服务期内的性能演化,是路面资产管理科学化的核心。建立其长期强度模型,对于制定预防性养护策略和优化投资决策至关重要。

长期强度模型需综合考虑材料的强度增长和强度衰减两个相反的过程。
- 强度增长模型:
主要来源于持续的火山灰反应。该过程通常可用双曲线函数或对数函数来拟合:
S(t) = S₀ + A * log(t) 或 S(t) = S∞ * t / (B + t)
其中:
S(t)是时间为t时的强度。
S₀是初始强度(主要来源于离子交换和絮凝)。
A、B是反应速率常数,与材料组成、温度等有关。
S∞是理论上的最终强度极限。
通过不同龄期(如7天、28天、90天、180天)的强度试验数据,可以拟合出上述模型的参数,从而预测未来任何时间点的强度理论增长值。
- 强度衰减模型:
主要来源于环境与荷载的损伤累积。
疲劳损伤: 采用Miner线性累积损伤法则,将不同轴载的重复作用次数与其对应的疲劳寿命相比,求和得到疲劳损伤度D。当D=1时,认为发生疲劳破坏。
环境损伤:

干湿循环损伤: 可表征为强度随干湿循环次数增加而指数衰减:S_wetdry = S(t) * exp(-λ * N),其中λ为衰减系数,N为循环次数。
冻融循环损伤: 类似地,强度随冻融循环次数增加而衰减。

化学侵蚀: 如硫酸盐侵蚀,其膨胀破坏具有时间延迟效应,模型更为复杂。
- 综合长期性能模型:
将增长与衰减模型耦合,形成一个综合模型:
S_long-term(t) = [S_growth(t)] * [D_fatigue(t)] * [D_environment(t)]
这个模型可以模拟出强度随时间先增长、达到峰值、然后缓慢衰减的全过程曲线。
模型校准与验证:
模型的准确性依赖于长期性能监测数据的校准。通过建立实体工程长期观测网,定期检测使用中道路的基层模量和强度,并记录交通和环境数据,不断修正和验证模型参数。
最终,该模型可以集成到路面管理系统中,科学地回答“这条路还能用多久?”“最佳养护时机是什么时候?”等核心资产管理问题。