[發(fā)明專利]一種基于智能顆粒結構的路面結構應力檢測與養(yǎng)護預警方法

有效

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• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112681179B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 馬濤;方周;張偉光;陳豐
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E01F11/00
• 分類號: E01F11/00;G01L5/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

1.一種用于路面應力檢測的智能顆粒結構，包括智能顆粒本體，智能顆粒本身是無線傳感器的集成，在其頂面安裝有壓力傳感器，其特征在于，還包括：由高模量高強度材料制作的外殼，其高度與智能顆粒本體相同，包圍在智能顆粒本體側面，且不包含智能顆粒本體的頂面和底面；

所述外殼將智能顆粒本體包圍后，外殼與智能顆粒本體之間留有間隙，所述間隙中填充有柔性粘結材料，以隔離并吸收側向的變形；

外殼的外表面仿照集料的外表面進行設計；

所述外殼材料為丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，使智能顆粒處于單向受力狀態(tài)，從而與智能顆粒的標定試驗方式相對應；

單個所述智能顆粒本體為邊長是20~25mm的方形結構。

2.根據(jù)權利要求1所述的用于路面應力檢測的智能顆粒結構，其特征在于：所述柔性粘結材料為瀝青或環(huán)氧樹脂。

3.根據(jù)權利要求1所述的用于路面應力檢測的智能顆粒結構，其特征在于：所述壓力傳感器為石英壓力傳感器。

4.一種路面結構豎向應力檢測方法，采用如權利要求1~3中任一所述的智能顆粒結構，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：智能顆粒的埋置，智能顆粒埋置在各結構層的層底，并依照結構層的施工順序分層進行，在某一結構層壓實完成后，將埋置點位處該層材料清除至層底，放置好智能顆粒，然后將結構層材料回填至密實，并在埋置點處做好標記，確保所有結構層的智能顆粒在同一豎線上；而在水平方向上，設置多組智能顆粒；

步驟2：豎向壓力的采集，采集前先喚醒智能顆粒，然后使用標準軸載車進行加載，駕駛車輛勻速直線行駛經(jīng)過埋置區(qū)域，并確保車輛輪胎中心經(jīng)過一排網(wǎng)格節(jié)點，然后采集豎向壓力數(shù)據(jù)；

步驟3：數(shù)據(jù)處理，首先對數(shù)據(jù)進行分組，同一結構層的測量數(shù)據(jù)分為兩組，一組為輪胎中心點下的豎向壓力，另一組為輪隙中心點下的豎向壓力，對同一組數(shù)據(jù)按三倍標準差原理剔除異常點，然后按照平均化方法計算應力：

式中，i代表結構層編號，j代表同一結構層的分組編號，k代表同一組智能顆粒的編號，F代表接觸壓力，S代表智能顆粒頂面面積，由此得不同結構層不同點位處的豎向應力。

5.根據(jù)權利要求4所述的路面結構豎向應力檢測方法，其特征在于：步驟1所述的智能顆粒在水平方向上的布置，呈網(wǎng)格狀分布，網(wǎng)格橫向的節(jié)點間距為15cm，節(jié)點數(shù)量不少于3個，網(wǎng)格縱向與車輛行駛方向一致，縱向間距和節(jié)點數(shù)量根據(jù)智能顆粒的數(shù)量進行選擇。

6.一種路面養(yǎng)護預警方法，其特征在于，

首先，采用如權利要求5所述的路面結構豎向應力檢測方法檢測得到各結構層層底的豎向應力數(shù)據(jù)，同時層底深度已知，然后根據(jù)有限元方法或布辛尼斯克理論，計算出連續(xù)均質(zhì)彈性半無限空間體上作用一標準車輪荷載時，豎向壓應力隨深度的分布曲線，根據(jù)該曲線查詢出所對應的深度，然后利用修正的布辛尼斯克公式反算模量：

······

式中，E₀表示路基頂面的綜合回彈模量，E₁、E₂、···、E_i+1代表各結構層的模量，反算得到的是各層模量相對于路基模量的比值，是一種相對模量；

路面養(yǎng)護管理過程中，在交工完成后，先進行一次路面結構應力檢測和模量反算，進而得到相對模量的初始值，之后的運營期間，每年夏季和冬季進行一次檢測，將此時的模量反算結果與初始值進行對比，如某一層的模量衰減至80%以下，則需要對該層采取針對性的養(yǎng)護措施。