[發明專利]一種基于FWD彎沉盆幾何特征的四層路面模量反算方法

有效

• 申請號: 201911073308.8
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110765691B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 王旭東;楊光;周興業;吳將豐;張蕾;肖倩
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京兆君聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11333
• 代理人: 胡敬紅

本發明公開了一種基于FWD彎沉盆幾何特征的四層路面模量反算方法，包括以下步驟：1、采用彈性層狀體系力學模型計算待反算路面的理論彎沉盆及相應特征值；2、采用非線性函數建立當量遠端彎沉點與土基模量的關系模型；3、采用非線性函數建立中心點彎沉比與面層、基層模量比的關系模型；4、采用非線性函數建立第四點與中心點彎沉比與面層、底基層模量比的關系模型；5、根據構建的關系模型提取實測彎沉盆的幾何特征值，按照中心點彎沉和彎沉盆面積兩種不同收斂判別方式，分別反算實測FWD彎沉盆對應的各結構層的模量參數。本發明四層模量反算結果穩定、與理論計算值差異小，可為評價在役路面各結構層的實際模量狀態提供可靠依據。

技術領域

本發明涉及一種基于FWD彎沉盆幾何特征的四層模量反算方法，屬于道路工程技術領域。

背景技術

FWD(Falling Weight Deflectometer，落錘式彎沉儀)作為目前世界范圍內最為先進的路面無損檢測設備之一，將FWD檢測的路表彎沉盆通過一種模量反算方法得到不同結構層的模量參數，是一種有效評價在役路面各結構層服役狀態的方法。

現有模量反算方法主要有迭代法和數據庫搜索法，在路面工程中得到了廣泛的應用，但均存在一定的局限性。如實測彎沉盆與理論彎沉盆差異較大，反算實測彎沉盆存在無解的情況；較少考慮彎沉盆的幾何特征，導致反算結果不收斂，誤差較大等情況。

本方法在運用小變形的彈性層狀力學體系分析理論彎沉盆的基礎上，經驗性的挖掘實測彎沉盆與理論彎沉盆在幾何特征和模量參數的內在聯系及規律，提出一種基于FWD彎沉盆幾何特征的四層模量反算方法，對現有路面結構的力學狀態進行有效的評價。

發明內容

本發明的目的是針對我國目前FWD彎沉盆模量反算方法的不足，提出一種基于力學-經驗法的FWD彎沉盆模量反算方法，根據工程經驗和材料特性計算理論彎沉盆特征值，構建理論彎沉盆特征值與各結構層模量的關系模型，將實測彎沉盆通過中心點彎沉和彎沉盆面積兩種收斂方法反算各結構層的模量，本發明解決了目前四層模量反算結果不穩定、與理論計算值差異較大等問題，可為評價在役路面各結構層的實際模量狀態提供可靠依據。

本發明主要包括如下步驟：

1.理論彎沉盆及幾何特征值的計算及理論值數據庫的構建

本方法考慮到模量反算的穩定性，首先將路面結構簡化為四層體系：瀝青面層、基層、底基層和土基，模量和厚度分別記為E₁、h₁；E₂、h₂；E₃、h₃；E₀，泊松比按照常規設定選取。采用線彈性層狀體系理論，各層間狀態均為完全連續。

對于FWD實測的九點彎沉盆D₀、D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇、D₈(距中心點位置依次為0,230mm,530mm,690mm,850mm,1160mm,1530mm,1750mm,2050mm)，選取幾個關鍵參數來描述彎沉盆的幾何特征：(1)中心點彎沉：D₀；(2)當量遠端點彎沉：(D₆+D₇+D₈)/3，記為3D；(3)彎沉盆面積：S；(4)第一點與中心點彎沉比：D₁/D₀；(5)第四點與中心點彎沉比：D₃/D₀

然后根據工程經驗和材料特性，將每層結構設定一個較寬的模量范圍，建議取5個模量，然后對這些模量組合進行大量的理論彎沉盆和彎沉盆幾何特征值的計算，建立理論彎沉盆的數據庫。

2.建立當量遠端點彎沉3D和土基模量的關系模型