[發明專利]一種水穩材料單元體脈沖荷載水力沖刷試驗裝置

在審

• 申請號: 202210188708.9
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114636631A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 曾志軍;田新濤;石名磊;張瑞坤;杜旭陽;王華進
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/32;G01N3/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈丹

本發明公開了一種水穩材料單元體脈沖荷載水力沖刷試驗裝置，包括落錘荷載施加系統、落錘承載沖刷作用板、沖刷工作水槽；所述落錘承載沖刷作用板包括剛性承載板、水力脈沖沖刷板及橡膠墊；所述剛性承載板底部嵌固應力傳感器，且應力傳感器穿過橡膠墊與水力脈沖沖刷板接觸；所述沖刷工作水槽內與水力脈沖沖刷板對應位置處放置試樣；所述落錘荷載施加系統產生不同等級的沖擊荷載，并直接作用于剛性承載板，經橡膠墊傳遞到水力脈沖沖刷板，水力脈沖沖刷板擊打沖刷工作水槽中水體形成單元體試樣表面水力沖刷作用。本發明可適用于不同輪載循環沖擊水平下道用半剛性基層材料長期耐久性能研究的物理試驗測試。

技術領域

本發明涉及巖土工程領域，具體涉及一種水穩材料單元體脈沖荷載水力沖刷試驗裝置。

背景技術

公路、機場等道面結構中，基層直接位于面層下，主要起承重、擴散道面輪載作用，基層材料耐久性能影響道面結構使用壽命及其運營成本與質量。長期以來，水泥穩定半剛性基層材料良好工程特性和經濟優勢，廣泛應用于公路、機場等道面基層。但是，隨著道路長期運營，水穩半剛性材料耐久性問題逐漸凸顯，且試驗評價方法滯后于工程實踐。

工程實踐揭示，道面半剛性基層破壞主要因素為超重輪載作用及其賦水沖刷破壞作用。尤其是半剛性材料特別是無機結合料穩定細粒土類材料的抗沖刷能力不足，易引起路面的早期破壞。長期運營過程中，當表面水等進入路面結構層，且未能及時排出而滯留在面層和基層之間時，基層局部潮濕甚至飽水，此時車輛、飛機輪載作用于路面并傳遞至基層的瞬時脈沖荷載作用，會產生高壓動水壓力，導致基層材料損傷累積，甚至細料會被這種動水壓力沖刷掉，因此，輪載長期循環脈沖荷載作用下導致路面基層材料破壞。輪載循環作用下，基層材料水力沖刷產生的細料，就會積少成多，在路面裂縫中形成細料漿，久而久之，在行車荷載作用下，細料漿被逐漸擠出，路面出現“唧泥現象”，這種現象在瀝青路面和水泥混凝土路面普遍存在。一旦基層材料產生沖刷，并由此導致面層和基層之間的脫空現象，接下來便進入惡性劣化循環，道路破壞的進程也會越來越快，在交通(超載車輛、重型飛機降落)重載循環作用，這種現象更為明顯。

隨著基礎工程建設規模提升，港口、機場等大型基礎工程建設中，半剛性基層材料已經成為各種道路建設必不可少的材料。但是隨著飛機輪載增大，主起落架起落輪載對道路沖擊作用增加，對半剛性基層材料的影響進一步加劇，機場跑道的使用功能以及半剛性材料的耐久性能問題亦更加突出。

現行規范雖然對基層材料提出滿足抗沖刷能力和剛度要求，但僅限于定性建議。同時在《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)一文中提出材料抗沖刷試驗方法，缺乏統一的沖刷試驗設備，并且該沖刷試驗設備價格昂貴導致不能廣泛應用，各科研單位采用自研儀器設備，所研制的設備參數不同、評價結果各異；且對于起落輪載沖擊作用的研究僅限于現場測試以及數值理論模擬，未見有室內物理試驗研究報道。因此，有必要研制一種操作方便，價格低廉的統一水穩材料水力沖刷室內物理試驗儀器，以便于開展不同(超重)輪載水平作用下道用半剛性基層材料長期耐久性能試驗評價。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種適用于不同輪載循環沖擊水平下道用半剛性基層材料長期耐久性能研究的水穩材料單元體脈沖荷載水力沖刷試驗裝置。

技術方案：本發明的技術方案包括自上而下設置的落錘荷載施加系統、落錘承載沖刷作用板、沖刷工作水槽；所述落錘承載沖刷作用板包括剛性承載板、設置在剛性承載板底面中央的水力脈沖沖刷板、連接在剛性承載板和水力脈沖沖刷板之間的橡膠墊；所述剛性承載板底部嵌固應力傳感器，且應力傳感器穿過橡膠墊與水力脈沖沖刷板接觸；所述沖刷工作水槽內與水力脈沖沖刷板對應位置處放置試樣；所述落錘荷載施加系統產生不同等級的沖擊荷載，并直接作用于剛性承載板，經橡膠墊傳遞到水力脈沖沖刷板，水力脈沖沖刷板擊打沖刷工作水槽中水體形成單元體試樣表面水力沖刷作用。

所述落錘荷載施加系統包括多個堆疊設置的落錘和多個豎直設置的導向桿，多個導向桿呈陣列布置，落錘套設在多個導向桿上并沿導向桿向下滑動；通過控制落錘下落的數量與落距來產生不同等級的沖擊荷載，以產生不同輪載水平。