[發(fā)明專利]一種基于智能顆粒結(jié)構(gòu)的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)預(yù)警方法

有效

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

本發(fā)明公開了一種基于智能顆粒的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)預(yù)警方法。首先對(duì)智能顆粒進(jìn)行改進(jìn)，使得智能顆粒能夠滿足單向受力的工作狀態(tài)，與其標(biāo)定試驗(yàn)的工況一致，同時(shí)增強(qiáng)其密封性能，使其對(duì)道路各結(jié)構(gòu)層都具有適應(yīng)能力。然后按照一定方法和規(guī)律在道路各結(jié)構(gòu)層埋置智能顆粒，使用標(biāo)準(zhǔn)軸載車進(jìn)行加載，采集數(shù)據(jù)后用平均化方法進(jìn)行處理，即可得到結(jié)構(gòu)層層底的豎向壓應(yīng)力。根據(jù)采集得到的豎向壓應(yīng)力數(shù)據(jù)，結(jié)合修正的布辛尼斯克公式，反算出各結(jié)構(gòu)層的相對(duì)模量，對(duì)比運(yùn)營期間的相對(duì)模量與交工時(shí)的初始模量，若結(jié)構(gòu)層相對(duì)模量衰減至80%以下，則需及時(shí)采取針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于道路工程智能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于智能顆粒的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)預(yù)警方法。

背景技術(shù)

道路工程中，路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)檢測(cè)一直是一個(gè)十分重要的技術(shù)難題。目前路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)檢測(cè)主要停留在結(jié)構(gòu)表面，想要深入結(jié)構(gòu)內(nèi)部十分困難，這主要有3個(gè)方面的原因：

(1)想要測(cè)量結(jié)構(gòu)層內(nèi)的力學(xué)響應(yīng)，傳感器必須埋入結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，但現(xiàn)有傳感器大都是有線傳感器，埋置和使用過程中很難保證導(dǎo)線的適用壽命和連接狀況。

(2)路面結(jié)構(gòu)并不是連續(xù)均質(zhì)體，其在本質(zhì)上是由堅(jiān)硬離散顆粒組成的體系，因此它的力學(xué)響應(yīng)實(shí)際上是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)上平均化的概念，這對(duì)傳感器檢測(cè)體系所覆蓋的區(qū)域提出了很高的要求。

(3)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳感器的工作條件很惡劣，因?yàn)槁访娼Y(jié)構(gòu)的荷載是依靠集料之間的接觸傳遞的，對(duì)傳感器而言，它所受的是離散的點(diǎn)荷載，接觸力分布復(fù)雜且接觸壓強(qiáng)偏大，而且長期受到水分等復(fù)雜環(huán)境因素的侵蝕，因此極易損壞。而傳感器一旦埋入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，就無法輕易取出，因此也無法對(duì)傳感器進(jìn)行維修。

綜上所述，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的力學(xué)響應(yīng)檢測(cè)十分困難，但是，它卻具有極高的潛在價(jià)值和使用意義：

一方面，它可以對(duì)現(xiàn)有的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)?，F(xiàn)有的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法基于彈性層狀體系理論計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)，參數(shù)的選擇也大都有一定的試驗(yàn)依據(jù)，并盡可能地貼合了實(shí)際的工作狀態(tài)，看似合理，但實(shí)際上它的計(jì)算結(jié)果一直無法通過實(shí)際測(cè)量進(jìn)行直接驗(yàn)證，因此人們實(shí)際上無法確保現(xiàn)有設(shè)計(jì)理論和參數(shù)確定方法的合理性，但因?yàn)槁访娼Y(jié)構(gòu)內(nèi)部力學(xué)響應(yīng)真實(shí)值測(cè)量困難，故而也難以做出改進(jìn)。

另一方面，它對(duì)路面結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)的預(yù)警也有重要意義?，F(xiàn)今，路面結(jié)構(gòu)表面損傷的養(yǎng)護(hù)并不困難，因?yàn)橐子诎l(fā)現(xiàn)，但深層的損傷一直難以觀測(cè)，導(dǎo)致無法及時(shí)處理，影響了路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。如果能夠?qū)β访娼Y(jié)構(gòu)內(nèi)部的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)，便能夠確定結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，一旦某些響應(yīng)超出了正常閾值，便可分析原因并及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施。

總而言之，當(dāng)前階段，路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)檢測(cè)的適用需求和技術(shù)水平方面存在矛盾，因此本發(fā)明基于智能顆粒提出了一種路面結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)力的檢測(cè)方法，并提出了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)預(yù)警機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于智能顆粒的路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)方法，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)所得的各結(jié)構(gòu)層層底豎向應(yīng)力，可以反算出結(jié)構(gòu)層模量，進(jìn)而為路面結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)決策提供預(yù)警。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于路面應(yīng)力檢測(cè)的智能顆粒結(jié)構(gòu)，包括智能顆粒本體，在其頂面安裝有壓力傳感器，還包括：由高模量高強(qiáng)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(cè)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(jié)材料，以隔離并吸收側(cè)向的變形；

外殼的外表面仿照集料的外表面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

所述柔性粘結(jié)材料為瀝青或環(huán)氧樹脂。

所述壓力傳感器為石英壓力傳感器

單個(gè)所述智能顆粒本體為邊長是20～25mm的方形結(jié)構(gòu)。