疲劳破坏是沥青路面的主要损坏型式之一，作为沥青路面主要组成材料的沥青混凝土的疲劳性能一直以来都是道路工作者研究的重要课题。考虑到沥青混凝土为多相复合材料，其疲劳行为既与沥青胶结料、集料和空隙的体积含量有关，也受到这些因素的空间分布影响，因此，从沥青混凝土微细观结构角度研究沥青混合料疲劳行为具有重要的现实意义。 本研究采用离散元方法，在沥青混合料离散元模型和计算微观参数确定的基础上，建立了沥青混合料小梁试件的四点弯曲虚拟疲劳试验方法，并采用虚拟疲劳试验分析了沥青混合料的断裂机理。 首先，依据概率理论，推导了沥青混合料二维截面上粗集料数量级配的计算式；运用计算机随机投放技术，在考虑集料不规则形状和级配特征的基础上，编写了由粗集料和小于2.36mm沥青砂浆所组成的沥青混合料二维数字试件生成程序，实现了混合料二维数字试件的生成，并运用图像处理技术验证了生成程序的正确性。考虑到集料空间形状的不规则性，利用离散元三维颗粒流程序PFC3D内的“Fish”语言编写了集料颗粒生成程序，并建立了可以考虑集料体积百分率、集料级配和空隙特征的沥青混合料三维离散元模型。 其次，根据离散元方法中接触和粘结模型的特点，结合沥青混合料的力学特征，为沥青混合料离散元模型选择了合适的接触和粘结模式；根据离散元方法中各微观参数的物理意义，建立了沥青混合料宏观力学性能与各微观参数的关系，并结合室内宏观力学性能试验结果，确定了常用沥青混合料的各类微观参数，作为离散元计算的输入参数。 然后，通过沥青混合料劈裂试验和动态蠕变试验的离散元模拟，比较沥青混合料二维结构与三维结构在数值计算过程中计算效率和精度的差异，以此选择二维结构模型进行混合料疲劳试验模拟；综合离散元方法和沥青混合料的材料特点，建立了沥青混合料小梁的四点弯曲虚拟疲劳试验方法；运用离散元方法进行了沥青混合料的一次断裂模拟和虚拟疲劳试验，获得了混合料的断裂机理，并通过与室内实际试验结果的比较，验证了虚拟试验方法的正确性。 第四，通过图像处理技术，建立了描述集料扁平率、长轴取向、棱角性和空隙大小、分布的评价指标；并以沥青混合料虚拟疲劳试验为基础，研究了集料和空隙上述微观结构，以及混合料内集料体积含量、集料粒径、集料分布特征等宏观特征对沥青混合料疲劳性能的影响，由此提出了沥青混合料设计的合理化建议。 2100433B

沥青混凝土疲劳性能一直以来都是道路科技工作者研究的热点。作为一种多相复合材料，混凝土的力学性能在很大程度上取决于集料、沥青胶浆和空隙的体积含量、分布特征等细观结构。但传统的室内疲劳试验不能有效体现上述因素，很难从细观结构角度揭示沥青混凝土疲劳断裂的本质特征。为此，本项目综合运用离散元方法和图像处理技术，开展沥青混凝土虚拟疲劳试验及其疲劳断裂机理的研究。研究内容包括运用离散元方法建立考虑集料不规则形状、级配和体积含量的沥青混凝土小梁数字试件；建立基于离散元法的小梁四点弯曲虚拟疲劳试验方法，并与室内疲劳试验进行对比验证；采用验证后的虚拟试验研究混凝土疲劳断裂过程中其内部细观结构的变化运动规律，以及集料分布特征、形状特征、体积含量、空隙大小和分布等细观结构对混凝土疲劳性能的影响。研究成果不但为沥青混凝土疲劳性能的研究提供辅助分析手段，对揭示混凝土疲劳断裂本质特征亦具有重要的理论价值。

针对施工事故预防存在的关键问题，即难于控制工人的不安全行为、难于检测设计的不安全因素、难于预测和跟踪不安全的施工环境，通过对施工现场工人不安全行为控制的信息需求分析，采用虚拟原型（VP）思想和定位技术研究工人不安全行为全方位控制机理；通过阐明工程建设项目设计与施工环境的安全规则，研究基于VP和安全规则的工程设计不安全因素自动检测机理，及施工环境不安全因素预测与跟踪机理，并进行相关事故预防机理的应用研究；从虚拟原型的角度，为施工事故预防研究与实践提供新的思路和理论支持。

建筑业在全球范围内已成为高危行业之一。施工事故预防是减少安全事故的有效途径。本项目基于安全事故的关键致因，即人的不安全行为、物的不安全状态和不安全的环境，结合先进信息技术探索了施工事故预防机理。在人的不安全行为控制方面，首先通过对施工现场工人不安全行为的调查研究，识别了不安全行为控制所需要的基本信息，即工人及机械设备位置信息、工人属性及装备信息、工人行为动作信息等，然后结合空间坐标系构建了虚拟原型（Virtual Prototyping, VP）和定位技术的集成机制，进而建立了基于VP和定位技术的工人不安全行为实时响应与反馈机制。在环境不安全因素识别方面，通过对施工现场环境不安全因素的调研与分类，建立了施工环境的安全规则体系，包括脚手架、洞口、基坑、塔吊等方面，进而结合编码规则建立了基于VP和安全规则的施工环境不安全因素检测机制。在物的不安全状态识别方面，首先通过对工程建设项目设计不安全因素的调研与分类，即不安全的主体结构设计、不安全的临时设施设计和不安全的作业空间设计等，分别构建了设计安全规则，然后结合编码规则建立了VP与安全规则的集成机制，进而构建了基于VP和安全规则的设计不安全因素检测机制。在上述研究基础上，初步开发了施工工人不安全行为实时监控与预警原型系统，及工程设计不安全因素自动识别原型系统，并进行了应用测试。测试结果表明，本项目构建的施工事故预防机制可以有效地发挥事故预警作用，相关系统具有较好的应用前景。综上所述，本项目研究成果可为施工安全管理理论研究与实践提供新的思考方向。 2100433B

汶川地震后，高坝抗震安全性备受关注。强震时混凝土动态强度到底能达到多少？动态强度是安全评价重要且最为薄弱的环节。本课题组为小湾拱坝进行了大量的混凝土动态试验，取得了系列重要的成果。深入研究发现，成果存在通用性问题，混凝土动态强度提高机理亟需研究，机理研究宜从微观着眼，并建立了基于微观结构特征混凝土动态强度提高机理初步理论模型。本课题拟在此基础上通过试验研究，构建表征水灰比、养护条件和龄期对混凝土、水泥砂浆材料微观结构特征影响的多对数正态分布组合分布模型；构建基于微观结构特征的混凝土及其组成材料静态干强度计算模型；揭示固体材料效应（干强度 率效应）、自由水效应（毛细吸力 Stefan效应）以及惯性效应的作用机理；建立能够解释水灰比、养护条件、龄期、含水量以及不同加载速率等因素影响的混凝土动态强度微观结构机理统一模型。本课题是一项应用基础性研究，成果对大坝安全抗震具有重要的理论意义和实用价值。