集料级配可视化设计系统开发

摘要：沥青混合料矿料级配组成设计是工程设计的重要组成部分，本文根据集料颗粒随机排列的特点，采用VB开发语言，结合软件工程理论，利用计算机对矿料级配进行可视化模拟，研究开发了沥青混合料矿料级配可视化设计系统(AGVD)。

该系统实现了直接的、可视化的集料级配设计，给出相应的可视化界面，直观地反映了不同的级配类型的集料组合情况。

关键词 ： 沥青混合料，矿料级配，随机排列理论，可视化界面

Abstract: the asphalt mixture of aggregate gradation design is an important part of the project design, according to the aggregate particles of random arrangement characteristics, using VB language development, combined with the software engineering theory, the use of a computer to aggregate gradation visual simulation, research and development the asphalt mixture aggregate gradation visual design system (AGVD).

In this system, direct, visual aggregate gradation design, and gives corresponding visual interface, directly reflected the different gradation types of aggregate combinations.

Keywords: asphalt mixture, aggregate gradation, random arrangement theory, a visual interface

中图分类号：TU57+1文献标识码：A 文章编号：

1.引言

路面设计的关键是优化矿料结构组成（即沥青混合料的矿料级配），沥青混合料中组成结构最稳定的是骨架密实结构，骨架的强弱将直接影响混合料的性质。

沥青混合料试件经压实成型后,通常用目测的方法经验地判断集料骨架排列情况,各种压实方法之间的比较也只能通过试件平均压实密度间接地反映压实效果,这一方法不仅不全面,而且可能产生与实际情况完全不同的结果。同时，通过间接的方法调整级配使之形成骨架也是困难的，而一套直接的、可视化的集料级配设计方法可以给设计人员直观的帮助。利用计算机对矿料级配进行可视化模拟，用以判断对于给定的级配，矿料之间是否形成骨架，可以为工程技术人员提供一定的设计参考，提高设计速度。

为实现矿料级配组成设计的快速调整，开发实现集料可视化设计系统软件，以便有效地提高沥青混合料级配设计效率，减少试验量。

2.系统理论及数学模型

沥青混合料在拌和过程中，混合料中的颗粒，各式各样的颗粒都可能出现，其集料颗粒的排列是随机的，其矿料颗粒排列是随机排列。

对于混合料来说，虽然各种粒径在压实过程中由于受到外力的作用而对于其在混合料中的位置产生一定的影响，但是首先其配合比在没有外力的情况下的排列是可以在一定程度上反映其将来的组成结构的，因而本文单纯从随机排列的角度进行思考，即某一个粒径颗粒在混合料中各处位置出现的概率是相等的，因此，混合料中的各个粒径颗粒在混合料中是随机排列的，符合随机排列理论。

矿料颗粒是一个实体，在混合料中是三维的。但是，其排列规律基本上等同于将其排列到一平面上。因此，用一平面来模拟颗粒在混合料中的三维排列基本上是等效的。因此，本程序假定混合料中的颗粒为圆形。

由于同一档料中的颗粒，其粒径也不同，介于上一档料控制粒径和下一档料控制粒径之间。而且，根据概率分布，该档料中各种粒径出现的概率都相同，因此，取其平均值作为该档料的代表粒径。

对于混合料中的粒径颗粒来说，若级配一定，总质量一定，则各种粒径的颗粒个数一定。设颗粒总数为Sumlj，各粒径个数为Numlj(ni)，则该粒径出现的概率为

式中： Numlj(ni)――某档料的颗粒个数；

Sumlj ――混合料中所有颗粒个数。

故在排列时，按概率a（i）选取颗粒。在容器中，某一个位置出现某种颗粒是随机的，但是，由于各档料颗粒个数不同，则出现的概率不同，其概率为a（i）。因此，在模拟集料颗粒随机排列组合时，按概率a（i）选取颗粒。

3.程序开发

3.1程序开发原理

本程序的开发以随机排列为基本理论，参照贝雷法中的圆球模型，将颗粒简化为圆球形来模拟。

由于在计算机中随机数生成器生成的随机数是 区间内的某个随机数，而各档料颗粒出现的概率为a（i），a（i）= 。因此，可以用区间的方式来模拟各档料颗粒出现的概率不同。即将 区间划分成n个区间（n为集料各档料种类数）,依次为［0， ），［ ， ），［ ， ）……［ ， ）……［ ，1）。用［0， ）代表第一档料颗粒出现的概率，用［ ， ）代表第二档料颗粒出现的概率，［ ， ）代表第三档料颗粒出现的概率……，［ ， ）代表第K档料颗粒出现的概率… …。［ ，1）代表第n档料颗粒出现的概率，如图1。

图1各档料颗粒出现概率分布图

由于计算机产生的随机数在 区间内是服从区间分布的，则计算机随机产生的一个数落在各个区间上的概率为：

（K＝0，1，2……n）

= （4-2）

因此，可用计算机产生的一个随机数落在某个区间上来表示应该选取的颗粒种类。某种颗粒出现的概率可用区间［ ， ）来表示。

基于上述研究思路，开发了AGVD系统

4集料可视化设计系统应用研究

选取三种经过工程实际检验的级配：JPA、JPB、JPC，三种级配的通过率如表1。

应用AGVD软件对其进行计算分析，得到三种级配界面如图1所示。

JPAJPB JPC

图1JPA、JPB、JPC集料可视化界面

从三种级配界面可以很直观的看出：不同级配、不同密度的集料通过计算机模拟，实现了集料级配可视化结果的输出，可以有效地指导技术人员的设计工作。

参 考 文 献

[1] 王端宜，张肖宁，王绍怀用虚拟试验方法评价沥青混合料的级配类型 华南理工大学学报 2003年2月 第31卷 第二期P48-P51

[2] 王勤，游国兰沥青混合料中集料相对密度测定法与计算法的研究 华东公路 2001年12月P48-50

[3] 李智，徐伟，王绍怀，邹桂莲 张肖宁 不同压实成型沥青混合料的数字图像分析土木工程学报 2003年12月 第36卷 第12期

[4] 王端宜，张肖宁级配对沥青混合料体积特性的影响 华南理工大学学报 2002年3月 第30卷第3期 P53-54

[5] 林绣贤 沥青混凝土合理集料组成的计算公式 华东公路 2003年2月 第1期（总第140期）P82-84

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。