[发明专利]一种多场耦合作用下评价排水沥青路面高温性能的实验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种多场耦合作用下评价排水沥青路面高温性能的实验装置及试验方法，该实验装置包括动载加载设备、工作箱、测压装置、水压消散装置、温控装置、出水口和固定设备。本发明的实验装置可实现排水沥青路面在动应力场、温度场、水力场共同动态变化下高温性能的评价，测得排水沥青路面在动载作用下的动水压力，并模拟降雨过程变化排水沥青路面高温性能的差异。本发明的实验装置和试验方法可用于研究排水沥青路面在实际使用环境中的破坏，具有非常好的模拟效果。

技术领域

本发明涉及一种用于研究排水沥青路面受实际多场耦合作用高温性能评价的实验装置及试验方法，并可用于测定路面动水压力，属于道路工程领域。

背景技术

随着我国公路建设经验的不断积累，人们对路面的使用品质提出了更高的要求，包括提升路面的安全性、舒适性、环境协调性等。国内外的研究数据表明，高速公路雨天事故率是晴天的6～10倍，主要是由雨天导致的路面抗滑性能降低、路表水引起的水漂与水雾造成恶性事故。日本、欧洲、美国等广泛采用排水路面，旨在提高路面安全性以及降低行车噪音。研究发现，采用排水沥青路面可使雨天交通事故降低90％。近两年，国家号召大力发展“海绵城市”，再次将基础设施建设与自然环境相协调放在了重要位置，排水路面对于消除路表径流、降低雨水洪峰具有重要的作用。因此，排水性沥青路面将成为今后道路工作者的研究热点。南方多雨地区，非常适合使用排水沥青路面，但由于排水沥青路面大空隙的特性，受水分侵蚀和光线照射等因素的影响更大，并且长期处在含水的环境中，导致剥落病害严重。同时，我国道路交通中重载交通的比例很高，许多道路的车辆荷载远超设计荷载，造成路面的早期病害。

由此可见，沥青路面在一个复杂的环境条件下使用，车辆荷载使沥青路面产生永久变形，温度变化使沥青在粘性-弹性-塑性间来回变化，阳光使沥青发生老化，雨水冲刷使路面产生剥落与坑槽，雨水还可影响路面结构的温度，几种因素相互作用，相互影响，最终导致路面在上述几种影响因素的耦合作用下出现不同程度的病害，即多场耦合作用下的路面破坏。多场耦合包括多个应力场，因素间作用非常复杂，采用数值模拟或有限元软件模拟无法准确的研究路面在实际多场耦合作用下的破坏机理。目前已有的试验方法采用的是按照一定顺序逐一考虑各个应力场，显然与路面同时受到耦合作用的实际状态不符。潘宝峰在论文《动水压力作用下路面材料损伤的评价方法研究》中开发了一套动水压力发生器，可产生一定压力的动水压力，模拟车辆荷载对路面的泵吸作用。但其施加的荷载为静荷载，且施加的动水压力是一个定值，显然与路面结构内的不断变化的动水压力不符。郭芳在论文《基于沥青路面早期水损害的水-荷载耦合CT扫描试验和力学响应分析》中改进了荷载-水耦合作用下的试验方法，制作了一个铁质圆筒使圆柱试件在加载过程中一直处于饱水状态。该试验方法采用的是恒定的温度场，且只考虑了单一的饱和水力场，但路面并不是一直处于饱和状态。其次，水力场的变化将导致温度场的动态变化，并不是恒定的温度场，这是之前研究所没有考虑的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可实现评价排水沥青路面在多场耦合作用下高温性能和测定动水压力的实验装置和试验方法。

本发明采用的技术方案为：一种多场耦合作用下评价排水沥青路面高温性能的实验装置，包括加载压杆、万能试验机立柱、工作箱、压头、测压管、水压消散装置、扩口引流口、加热器、排水沥青混合料试件、温度控制装置、出水口、水泥稳定碎石垫块、固定装置、工作台和万能试验机环境箱；

所述万能试验机环境箱内设置有工作台，所述工作箱通过固定装置安装在工作台上，水泥稳定碎石垫块放置在工作箱内，水泥稳定碎石垫块上放置有排水沥青混合料试件，所述加载压杆通过压头对排水沥青混合料试件施加荷载，所述加载压杆、压头、排水沥青混合料试件和水泥稳定碎石垫块的中心线重合；

所述工作箱的侧面设有水压消散装置和出水口，工作箱内设有加热器，加热器与温度控制装置连接，并由温度控制装置控制；所述排水沥青混合料试件侧面的上半部分通过胶水粘结有扩口引流口，扩口引流口与测压管相连。