一種現(xiàn)場測試路基動力響應(yīng)的試驗方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于公路路基試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種現(xiàn)場測試公路施工和運營期路基動力響應(yīng)的方法，同時還涉及一種現(xiàn)場測試公路施工和運營期路基動力響應(yīng)的試驗系統(tǒng)，適用于一般公路路基，尤其是特殊填料路基的施工工藝、設(shè)計指標和長期性能的測試和科學研宄。
【背景技術(shù)】
[0002]路基是公路結(jié)構(gòu)的重要組成，承受著道路施工和運營期交通動力荷載作用，動荷載長期作用致使公路路基路面結(jié)構(gòu)性能不斷衰減以至變形破壞，因此路基動力特性研宄尤為重要，相比室內(nèi)試驗、模型模擬、理論計算，現(xiàn)場動力響應(yīng)測試是研宄路基動力性能最為直接且有效的手段。
[0003]目前，鐵路工程中現(xiàn)場動力測試技術(shù)較為成熟，但公路工程與鐵路工程的路基結(jié)構(gòu)形式，交通荷載作用特點及設(shè)計方法指標不同，因此公路路基動力測試系統(tǒng)及方法不能完全照搬鐵路工程。公路工程中，國內(nèi)零星開展了少許路基動力響應(yīng)現(xiàn)場測試實踐，但現(xiàn)有的測試系統(tǒng)和方法不完善。一方面路基埋設(shè)的傳感器主要為動態(tài)土壓力盒，傳感器類型單一，實踐表明，路基動土壓力尤其當埋深到達一定深度時受系統(tǒng)振動影響大，在路床以下范圍內(nèi)基本難以獲取數(shù)據(jù)，需要其他傳感器配合校準，同時路基動力響應(yīng)受內(nèi)部溫濕度環(huán)境影響大，有必要同時觀測環(huán)境信息。另一方面，現(xiàn)有路基動力測試結(jié)構(gòu)及方法系統(tǒng)性不夠，基本上只涉及到公路建成時行車荷載作用下路基動力響應(yīng)信息，而路基結(jié)構(gòu)性能不斷衰變，科學研宄中需要在公路運營期不同時段多次利用傳感器測試路基動應(yīng)力信息，此外，公路路基填筑，尤其是特殊填料路基施工技術(shù)參數(shù)優(yōu)化時，也需要利用傳感器監(jiān)測壓實設(shè)備作用路基動力特征，而現(xiàn)有的測試系統(tǒng)和方法沒有將公路施工期和運營期路基動力試驗結(jié)合起來，因而對傳感器的利用率較低，測試的路基動力響應(yīng)信息不夠系統(tǒng)和全面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有公路路基動力響應(yīng)現(xiàn)場試驗的不足，目的是在于提供了一種現(xiàn)場測試公路施工和運營期路基動力響應(yīng)的試驗方法，該方法將不同動荷載類型、不同荷載作用層位條件下的動力測試聯(lián)合試驗，兼顧路基施工、路面施工、道路運營多階段路基動力響應(yīng)測試，適用范圍廣、測試效率高、技術(shù)系統(tǒng)性強。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是在于提供了一種現(xiàn)場測試公路施工和運營期路基動力響應(yīng)的試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)優(yōu)化布置了多樣化的傳感元件、可監(jiān)控路基動力響應(yīng)及環(huán)境演變信息，配備了良好的數(shù)據(jù)采集終端，操作便捷、測試精度高、數(shù)據(jù)可靠。
[0006]為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種現(xiàn)場測試路基動力響應(yīng)的試驗方法，其步驟是:
a、選擇地勢平坦、路線平直的公路結(jié)構(gòu)作為試驗路，自下而上水平分層填筑路堤、路床和路面結(jié)構(gòu)； b、在試驗路段中心橫斷面按‘ Γ ’型布置分層埋設(shè)第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器，將第一動壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器連接對應(yīng)的傳輸纜線的一端接口，傳輸纜線水平引出路基范圍之外，在路床邊坡上設(shè)立觀測保護室存放傳輸纜線接口；
C、路床施工完成后，選擇在路床頂面、基層頂面、面層頂面中的一階段或二至三個階段，以不同運行狀態(tài)行駛壓路機和重型卡車；
d、將傳輸纜線的另一端接口連接到動靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)上，并接通筆記本電腦和數(shù)據(jù)采集處理軟件，實時采集公路施工期路基動力響應(yīng)及環(huán)境變化數(shù)據(jù)；
e、公路通車運營后，選擇在一年、兩年、五年、十年、二十年中的一時期或二至五個時期，按上述方法，采集公路不同運營期重型卡車作用下路基動力響應(yīng)及環(huán)境變化數(shù)據(jù)。
[0007]一種現(xiàn)場測試公路施工和運營期路基動力響應(yīng)的試驗系統(tǒng)，它由公路結(jié)構(gòu)、交通動荷載系統(tǒng)、信息傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成。其特征在于:信息傳感系統(tǒng)中的第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器逐層埋設(shè)于公路結(jié)構(gòu)中的路堤、路床中，將第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器分別連接到相應(yīng)的傳輸纜線中的一端接口，傳輸纜線中的另一端接口連接到位于公路結(jié)構(gòu)外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的動靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)的信號接口，再用數(shù)據(jù)線將動靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)連接到筆記本電腦，在筆記本電腦內(nèi)部安裝數(shù)據(jù)采集處理軟件。交通動荷載系統(tǒng)中的壓路機、或重型卡車在公路結(jié)構(gòu)頂部以一定的運行狀態(tài)行駛，釋放動力沖激信號，信息傳感系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)識別、采集、并處理路基動力響應(yīng)及環(huán)境變化數(shù)據(jù)信息。
[0008]所述的公路結(jié)構(gòu)，自下而上包括路堤、路床、路面，由路基填料和路面材料逐層填筑而成，所述的公路結(jié)構(gòu)應(yīng)位于地勢平坦、視野開闊、縱向上為平直的直線路段，段落長度不宜小于800m，橫向上為整體式路基結(jié)構(gòu)，行車道數(shù)量不小2個。
[0009]所述的交通動荷載系統(tǒng)由壓路機、重型卡車等不同類型交通荷載中的一種或二至五種組成，在公路施工和運營期不同階段，交通動荷載系統(tǒng)在公路結(jié)構(gòu)頂部以一定的運行狀態(tài)行駛，釋放動力沖激信號。
[0010]所述的信息傳感系統(tǒng)由第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器組成，傳感器按豎直方向和水平方向呈‘ Γ ’型布置于路堤、路床內(nèi)部，通過各自獨立的傳輸纜線連接到路基之外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器之間互不相連。豎直方向布設(shè)的動壓力傳感器與加速度傳感器分別位于兩側(cè)輪跡正下方，溫濕度傳感器置于輪跡中軸線正下方，自路床頂往下分5?8層等間距分布，層間距40?60cm ;沿著最上層布設(shè)的第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器，在水平方向上等間距布置2?4列壓力傳感器和加速度傳感器，列間距80?120cm。
[0011]所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含筆記本電腦、數(shù)據(jù)采集處理軟件、動靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)、信號傳輸纜線、穿線管、觀測保護室，將信號傳輸纜線中的土壓力傳感器信號線、加速度傳感器信號線、溫濕度傳感器信號線的一端接口分別連接到相應(yīng)的第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器，加速度傳感器信號線、土壓力傳感器信號線、溫濕度傳感器信號線分別套過穿線管和套管，引出路基范圍之外，待測試試驗開始，再將加速度傳感器信號線、土壓力傳感器信號線、溫濕度傳感器信號線的另一端接口連接于動靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)，再連接到筆記本電腦，通過數(shù)據(jù)采集處理軟件控制數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、處理等功能。每階段測試試驗結(jié)束后，將所有纜線接口與動靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)分離，存放于觀測保護室內(nèi)。
[0012]所述的第一壓力傳感器，其最大量程0.5?IMpa，測量誤差小于0.5kpa，最高頻率不小于100Hz，共10?15個，第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器之間互不相連，通過各自獨立的傳輸纜線連接到路基之外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0013]所述的第二加速度傳感器，其測量范圍不小于lOOm/s2，精度高于0.05m/s2，最高頻率不小于ΙΚΗζ，共10?15個，第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器之間互不相連，通過各自獨立的傳輸纜線連接到路基之外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0014]所述的第三溫濕度傳感器，溫度范圍為-40?80°C，濕度量程為O?100% m3/m3,精度優(yōu)于±2%，響應(yīng)時間小于ls，共5?8個，第一壓力傳感器、第二加速度傳感器、第三溫濕度傳感器之間互不相連，通過各自獨立的傳輸纜線連接到路基之外的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0015]所述的壓路機，為振動式、靜壓式、輪胎式、羊足式壓路機等其中的一種或二至四種，自重為15?30t，車速為2?4 km/ho
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