长沙理工大学吕松涛教授团队:为提高沥青路面的耐久性和可靠性提供支撑
我国高等级公路沥青路面的设计寿命为15年，而欧美发达国家普遍超过30年，并且我国 60%的高速公路在使用10～12年，17%的在使用6～8年后就需进行大中修，其实际使用寿命也远低于设计寿命。沥青路面使用寿命偏短导致公路基础设施频繁地进行大中修，消耗了大量的不可再生资源，产生了严重的生态环境破坏，并且诱发交通拥堵，显著降低了道路的通行能力和路网运输效能，也极大增加了运营期的养护维修费用。因此，如何提升沥青路面的耐久性，是当前公路工程领域亟待解决的工程问题。
《交通强国建设纲要》指出要“增强设施耐久性和可靠性”，今后十几年内我国将会新建数万公里的高速公路和百万公里的普通公路，更有数百万公里的既有公路需要升级改造，其中绝大部分高等级公路的路面结构为沥青路面，可见，提高沥青路面的耐久性是建设“交通强国”国家战略的迫切需求。影响沥青路面耐久性的首要关键在于科学的耐久性沥青路面设计理论与方法，沥青混合料是一种由沥青结合料和不同粒径矿料通过搅拌和碾压而成的多相、多组分、多尺度黏弹性材料，其力学响应具有显著的时间、温度与应力状态相关性，不同的试验方法所得的试验结果具有显著的差异性与不确定性，该不确定性导致结构设计参数的选取具有明显的不唯一性，设计参数科学与否，直接关系到结构设计的合理性与可靠性，进而严重地影响了路面的耐久性。此外，路面结构性能受交通荷载、湿热环境等多因素耦合作用影响，呈现复杂的非线性时空演变特征，导致现行沥青路面力学行为理论计算结果一直无法在工程实际中得到有效试验验证，其服役性能演变规律亦无法得到客观准确的描述与预测，这严重制约了我国耐久性沥青路面发展以及“交通强国”目标的实现。基于此，《多场耦合下沥青混合料疲劳及损伤归一化》围绕复杂服役条件下沥青混合料的疲劳与损伤特性展开系统研究，构建了考虑加载频率、环境温度及三维应力状态影响的疲劳与损伤归一化表征模型，揭示了传统线性疲劳理论的局限性。针对沥青混合料力学性能的时温相关性与应力非线性特征，提出了基于广义应力比的疲劳抗力校核方法及结构疲劳破坏准则，建立了适用于复杂环境的沥青路面疲劳寿命预测模型。研究成果可为耐久性沥青路面结构设计及服役性能评估提供理论支撑与技术依据。- 第1章“绪论”，总结了国内外关于沥青混合料的疲劳及损伤特性的研究现状以及所存在的问题。
- 第2章“不同时温及三维应力状态下沥青混合料强度特性研究”，介绍了沥青混合料强度的时温及应力状态相关性，为研究沥青混合料疲劳性能时疲劳应力强度比的确定提供强度选择依据，使所选取的强度值能够客观表征沥青混合料在对应疲劳加载工况下的结构抗力。
- 第3章“不同加载频率下沥青混合料疲劳性能表征”，实现了不同加载频率下沥青混合料疲劳方程的统一表征，揭示了传统S-N 疲劳方程应力比以固定加载速度下的单一强度值为标准时所引起的结构疲劳抗力设计不科学的问题。
- 第4章“不同应力状态下沥青混合料疲劳损伤的非线性特性”，对疲劳加载过程中沥青混合料疲劳损伤累积的非线性特征及应力状态相关性进行了介绍，揭示了传统迈因纳（Miner）线性疲劳损伤模型的不足。
- 第5章“复杂服役条件下沥青混合料疲劳及损伤特性的归一化”，基于所构建的不同加载速度、环境温度及应力状态下沥青混合料的强度破坏面，提出广义应力比的确定方法，建立了不同温频与三维应力状态下沥青混合料疲劳及损伤特性的归一化表征模型，提升了复杂服役条件下沥青混合料疲劳及损伤性能表征参数的有效性与完备性，为增强我国沥青路面的耐久性和可靠性设计提供理论基础。
- 第6章“复杂服役条件下路面结构疲劳破坏机理与规律及抗力模型”，基于交通荷载作用下沥青面层结构内部的三维应力状态特征，以及所建立的不同时温和应力状态下沥青混合料的强度破坏面，提出了一种疲劳抗力校核方法。该方法以等效应力为设计指标，以等效应力小于等于各结构层设计年限内的容许等效应力作为其疲劳破坏准则。同时，本章为分析复杂服役条件下全寿命周期沥青路面的疲劳损伤状态评估及剩余寿命预测奠定了理论基础。
- 第7章“结论与展望”对全文的主要研究成果进行了归纳总结，提炼了本研究的关键创新点，并展望了未来有待深入的研究方向，为在复杂服役条件下提升沥青路面疲劳耐久性提供了有力支撑和发展思路。
不同应力状态、温度、频率与应力水平下的沥青混合料的疲劳损伤归一化（可点击放大）。针对传统沥青路面抗疲劳设计参数所存在的不唯一性与不确定性问题，本书考虑了沥青混合料疲劳性能的温度、加载频率及应力状态相关性，开展了复杂服役条件下沥青混合料疲劳及损伤特性的归一化研究，提高了复杂应力状态下沥青混合料疲劳性能表征的完备性与有效性本书得到了国家杰出青年科学基金项目（编号：52225806）和国家重点研发计划“交通基础设施”重点专项（编号：2023YFB2603500）的资助。全书内容既相对独立，又相互关联，逻辑严密、结构清晰。在内容编排与文字表述上力求深入浅出、详略得当，既适合相关领域的科研人员和工程技术人员阅读，也可作为相关专业研究生的学习参考资料。本文摘编自《多场耦合下沥青混合料疲劳及损伤归一化》（吕松涛等著. 北京: 科学出版社, 2026. 1）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
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