道路界面特性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种道路界面特性测试装置，用于测试路面各结构层之间的界面特性，所述路面的结构层至少包括设置在所述路面表面的第一结构层和设置在所述第一结构层之下的第二结构层，其特征在于，所述测试装置包括，法向力加载单元，设置在所述第一结构层之上，并针对所述第一结构层施加与所述路面垂直的法向力；切向力加载单元，设置在靠近所述第一结构层和/或所述法向力加载单元的一侧，并针对所述第一结构层和/或所述法向力加载单元施加与所述路面平行的切向力；采集单元，用于检测所述法向力加载单元和所述切向力加载单元的施力，以及所述法向力加载单元和/或所述第一结构层发生的应变；以及计算单元，用于根据所述采集单元的采集数据分析获得表示所述第一结构层与所述第二结构层的界面特性的界面特性参数。

【技术实现步骤摘要】
道路界面特性测试装置及方法
本专利技术涉及道路界面测试
，特别涉及一种道路界面特性测试装置及方法。
技术介绍
随着近年来交通工具的提速发展，对各种道路路面的平顺性和耐久性要求也越来越高。道路的路面一般是由筑路材料铺筑在道路路基上，直接承受荷载的层状构造物，无论是用于高速铁路的无砟轨道路面，还是用于一般道路的公路路面，都应有足够的强度和良好的稳定性，以达到平整、密实和抗滑的要求。通常情况下，在进行路面的铺设之前，需要对构成路面各结构层之间的界面特性进行测试，例如各结构层之间的摩擦系数等，以便根据测试结果优化结构层的铺设方案。现有技术中对于路面各结构层之间的界面特性测试大多是以科学实验为目的进行的小规模室内测试，其目的大多是在理论上测试方案的可实时性，由于这种测试方式与实际的应用环境分离开来，不论是准确度还是实用性都相对较差。因此，需要一种准确度高，实用性好的道路界面特性测试装置及方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种道路界面特性测试装置，用于测试路面各结构层之间的界面特性，所述路面的结构层至少包括设置在所述路面表面的第一结构层和设置在所述第一结构层之下的第二结构层，所述测试装置包括，法向力加载单元，设置在所述第一结构层之上，并针对所述第一结构层施加与所述路面垂直的法向力；切向力加载单元，设置在靠近所述第一结构层和/或所述法向力加载单元的一侧，并针对所述第一结构层和/或所述法向力加载单元施加与所述路面平行的切向力；采集单元，用于检测所述法向力加载单元和所述切向力加载单元的施力，以及所述法向力加载单元和/或所述第一结构层发生的应变；以及计算单元，用于根据所述采集单元的采集数据分析获得表示所述第一结构层与所述第二结构层的界面特性的界面特性参数。优选的，所述采集单元包括对应于所述法向力加载单元和所述切向力加载单元的测力计，以及设置在所述法向力加载单元上和/或所述第一结构层上的位移计。优选的，所述计算单元获得的界面特性参数是根据所述测力计检测出的切向力和所述位移计检测出的位移得到的位移-力关系曲线计算得出。优选的，所述位移-力关系曲线的公式是：s＝k·eq·F其中，s为所述位移计检测出的位移大小，F为所述切向力大小，k和q是第一界面特性参数和第二界面特性参数，e为自然常数，其中通过测量得到的多组s和F拟合获得k和q。优选的，针对无砟轨道的路面结构层，所述法向力加载单元包括至少一个推板。优选的，所述计算单元获得的界面特性参数是根据所述测力计检测出的法向力和切向力，并结合抗剪强度公式计算得出的界面粘聚力和内摩擦角，所述抗剪强度公式是：其中，τf表示根据所述切向力计算获得的抗剪强度，c表示粘聚力，σ表示法向力力，表示内摩擦角，其中通过测量得到的多组τf和σ拟合获得c和φ。优选的，针对无砟轨道的路面结构层，所述法向力加载单元包括至少两个推板。优选的，还包括用于切向力均匀分布的均衡单元，所述均衡单元设置在所述切向力加载单元与所述第一结构层之间的，和/或设置在所述切向力加载单元与所述法向力加载单元之间的；以及用于施加反作用力的反力单元，所述反力单元设置在所述切向力加载单元远离所述第一结构层之间和/或所述法向力加载单元的一侧。优选的，针对无砟轨道的路面结构层，所述切向力加载单元包括至少一个千斤顶。根据本专利技术的另一个方面，还提供一种道路界面特性测试方法，包括以下步骤：模拟待测路面各结构层的受力情况，针对所述待测路面的相应结构层施加可调的法向力和可调的切向力；记录各所述结构层受到的所述法向力和所述切向力，以及在所述法向力和所述切向力的作用下产生的位移；绘制所述法向力和/或切向力和/或位移的关系曲线，根据所述关系曲线分析所述待测路面相应结构层之间的界面特性。相对于现有技术，本专利技术取得了如下有益技术效果：本专利技术提供的测试装置及方法，通过采用法向力加载单元和切向力加载单元对待测路面结构各层施加作用力，模拟道路界面在使用时的真实受力情况，从而使测试条件更加符合道路应用实际，提高测试精度；同时还可以根据具体的测试对象调整法向力加载单元和切向力加载单元的大小、方向及布置位置，提高了测量灵活性；整体上来说，本专利技术提供的测试装置及方法，结构简单，操作灵活，适用广泛且实用性强，可用于包括无砟轨道在内的多种道路路面结构的界面特性测试，从而指导道路路面格结构层的铺设，优化铺设方案。附图说明图1是利用本专利技术提供的测试装置测试无砟轨道界面特性的示意图。图2是根据本专利技术优选实施例的测试结果绘制出的位移-加载力的关系曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。路面结构一般是指由表层、基层和垫层等构成的多层结构，例如，高速铁路的无砟轨道路面结构，具体可包括由一般填料构成的路基本体(即垫层)、由级配碎石构成的基层，以及由混凝土材料构成的支承层(即表层)，并且在该支承层上还可以设置用于承载轨道的，由钢筋混凝土构成的底座板。为了测试路面各结构层之间的界面特性，例如摩擦系数和粘接力等，可根据实际应用时各结构层在受力情况下所发生的应变进行分析计算。专利技术人通过对路面各结构层的受力情况进行分析，经大量实验，提出了一种道路界面特性测试装置，该装置能够模拟交通工具在道路表面运行时对路面各结构层施加的作用力，通过检测路面各结构层在该力的作用下发生的应变数据，从而分析出格结构层之间的界面特性。下面以无砟轨道的路面结构为例，详细介绍本专利技术提供的测试装置。图1是利用本专利技术提供的测试装置测试无砟轨道界面特性的示意图，如图1所示，已知无砟轨道的路面结构层至少包括由沥青混凝土构成的表层和由级配碎石构成的基层。参见图1，本专利技术提供的测试装置包括：法向力加载单元1，包括设置在沥青混凝土表层上，用于模拟无砟轨道底座板的至少一个推板，该推板由钢筋混凝土浇注而成，可利用自身重力对沥青混凝土表层施加法向作用力；切向力加载单元2，包括设置在推板一侧的至少一个千斤顶，该千斤顶可用于对推板施加切向作用力，模拟高速列车在底座板上运行时对底座板以及无砟轨道路面结构施加的向心力；均衡单元3，包括设置在推板与千斤顶之间的至少一块工字钢，可使千斤顶对推板施加的切向力分布的更加均匀，以防止推板因局部集中受力出现损坏；以及反力单元4，包括设置在千斤顶一侧的至少一个反力墩，用于为千斤顶提供支撑以对推板施加切向作用力。另外，本专利技术提供的测试装置还包括用于采集各结构层应变数据的采集单元5，和用于分析处理上述应变数据的计算单元(图1中未示出)，针对无砟轨道，该采集单元5可以包括设置在推板上并用于采集推板位移的位移计和设置在千斤顶上用于测量千斤顶施力的测力计；计算单元可以根据测量获得的推板自重、千斤顶的施力以及推板位移数据分析推板与沥青混凝土表层之间的界面特性。利用上述测试装置执行界面特性测试时，以无砟轨道的路面结构为例，可按照以下步骤执行测量。1)在无砟轨道的沥青混凝土表层上浇注至少一个推板。其中，可按照无砟轨道实际底座板尺寸的浇注一个等比例的推板，或者浇注若干个尺寸较小的(例如，大小为1m*1m*1m的)长方体/正方体推板；2)将千斤顶、工字钢、和反力墩分别布置在推板周围的指定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种道路界面特性测试装置，用于测试路面各结构层之间的界面特性，所述路面的结构层至少包括设置在所述路面表面的第一结构层和设置在所述第一结构层之下的第二结构层，其特征在于，所述测试装置包括，法向力加载单元，设置在所述第一结构层之上，并针对所述第一结构层施加与所述路面垂直的法向力；切向力加载单元，设置在靠近所述第一结构层和/或所述法向力加载单元的一侧，并针对所述第一结构层和/或所述法向力加载单元施加与所述路面平行的切向力；采集单元，用于检测所述法向力加载单元和所述切向力加载单元的施力，以及所述法向力加载单元和/或所述第一结构层发生的应变；以及计算单元，用于根据所述采集单元的采集数据分析获得表示所述第一结构层与所述第二结构层的界面特性的界面特性参数。

【技术特征摘要】
1.一种道路界面特性测试装置，用于测试路面各结构层之间的界面特性，所述路面的结构层至少包括设置在所述路面表面的第一结构层和设置在所述第一结构层之下的第二结构层，其特征在于，所述测试装置包括，法向力加载单元，设置在所述第一结构层之上，并针对所述第一结构层施加与所述路面垂直的法向力；切向力加载单元，设置在靠近所述第一结构层和/或所述法向力加载单元的一侧，并针对所述第一结构层和/或所述法向力加载单元施加与所述路面平行的切向力；采集单元，用于检测所述法向力加载单元和所述切向力加载单元的施力，以及所述法向力加载单元和/或所述第一结构层发生的应变；以及计算单元，用于根据所述采集单元的采集数据分析获得表示所述第一结构层与所述第二结构层的界面特性的界面特性参数。2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述采集单元包括对应于所述法向力加载单元和所述切向力加载单元的测力计，以及设置在所述法向力加载单元上和/或所述第一结构层上的位移计。3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述计算单元获得的界面特性参数是根据所述测力计检测出的切向力和所述位移计检测出的位移得到的位移-力关系曲线计算得出。4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述位移-力关系曲线的公式是：s＝k·eq·F其中，s为所述位移计检测出的位移大小，F为所述切向力大小，k和q是第一界面特性参数和第二界面特性参数，e为自然常数，其中通过测量得到的多组s和F拟合获得k和q。5.根据权利要求4所述的测试装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶阳升，蔡德钩，包黎明，杨国涛，韩自力，张千里，陈锋，楼梁伟，闫宏业，姚建平，董亮，李泰灃，石越峰，刘景宇，张新冈，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国铁路总公司，北京铁科特种工程技术开发公司，
类型：发明
国别省市：北京,11