一、选题背景和意义：
公路交通是国民经济的血脉，根据中华人民共和国交通运输部数据，截止2018年末，中国公路总里程484.65万公里。我国公路建设不仅起步时间晚、而且起点低，改革开放以后，国民经济快速增长开始刺激公路建设。以水泥稳定碎石为代表的无机结合料稳定类基层（半刚性基层），刚度大，能保证路面使用性能；成本低，能减轻各级政府建设负担。在我国20世纪80年代开始，由于半刚性基层符合我国国情，得到大范围推广应用，一直到目前，半刚性基层在路网中占据很大比例。
但半刚性基层材料干缩、温缩问题严重，道路在使用2~3年后，由半刚性基层收缩引起的基层开裂一直延续到面层，形成贯穿沥青面层和半刚性基层的“反射裂缝”。近年来，有研究者提出“倒装结构”来克服反射裂缝问题，即将柔性粒料作为过渡层，铺设于沥青面层与半刚性基层之间。级配碎石作为性能优越的粒料类材料，作为过渡层可以起到应力消散作用，抑制反射裂缝的发生，还可以增强排水性能，提高道路抗疲劳能力和抗永久变形能力。
目前对级配碎石的研究主要针对如何提高其路用性能，包括提高其抗剪强度和降低车辆荷载下的变形。回弹模量是指材料在荷载作用下，产生的应力与其相应的回弹应变的比值，该指标可以较好的反映路基具有的部分弹性性质。传统的力学指标采用静力下的测定方法，与实际工程下的条件不符，造成实验结果对道路设计及施工的指导存在不足。伴随着实验设备的更新迭代，动态回弹模量作为更能反映路面实际受力状况的力学指标，其应用愈加广泛。然而，测试材料动态回弹模量的动三轴实验，需要更加昂贵和精密的实验设备。利用颗粒离散元的方法，用计算机模拟级配碎石的动三轴实验，可以节约科研成本，也可以满足实验设备短缺下的科研需求。
二、课题关键问题及难点：
1.级配碎石虚拟试件的生成：级配碎石作为一种柔性材料，应力应变呈现出典型的非线性特点。级配碎石动态回弹模量的影响因素包括材料组成特征和试验方法。因此在生成虚拟试件时，应充分考虑集料物理特性、材料级配、实验条件等因素的影响。由于缺乏动三轴实验实测值，无法与模拟值对照，应尽可能查阅相关资料，确定级配碎石模拟试件离散元微观参数，保证边界条件，生成虚拟试件。
2.动三轴实验围压和正弦波动荷载的实现：利用PFC5.0软件模拟级配碎石动三轴实验，在虚拟试件上下两端和左右两侧生成墙体，在上下两端墙体位置生成球体模拟加载压头。利用FISH语言编写程序，控制压头施加正弦波荷载。左右两侧墙体通过数值伺服机制使得径向速度不断变化，保证围压恒定。
3.基于模拟实验，优化级配碎石设计：需要分别就应力条件、材料级配、骨架结构、细料组成、空隙及含水量等因素对动态模量的影响进行分析。从动态模量的角度对材料级配组成进行优化，为推荐动态模量的设计取值范围提供依据，提出多孔级配碎石优化设计建议。
三、文献综述（或调研报告）：
近年来，级配碎石作为应力消散层铺设于半刚性基层和沥青面层之间形成的“倒装结构”受到道路工作者的关注。级配碎石作为过渡层，能够有效消除半刚性基层沥青路面的反射裂缝和提高结构抗疲劳能力，提高路面使用性能。回弹模量可以很好地反应级配碎石的弹性性质，级配碎石的动态回弹模量在测试时，通过偏应力和围压的不同组合来模拟实际车辆荷载下的应力状况。
