[发明专利]半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展模拟装置和模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于公路工程半刚性基层沥青路面抗反射裂缝研究技术领域，具体涉及一种半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展模拟装置和模拟反射裂缝评价方法。

背景技术

鉴于我国的交通运输行业的具体情况以及强基薄面的设计理念，以半刚性基层为主的沥青路面是我国高速公路以及国省干线公路和其它市政道路的主要形式，然而这种形式的路面存在一个不可避免的弊病，就是反射裂缝。早期的反射裂缝如果不进行及时的处理，当裂缝贯穿于面层后，路表水的渗入，在行车荷载的作用下形成高压水，行车荷载重复作用导致了冲刷和唧泥，使裂缝宽度和深度严重，不但影响了行车舒适性，更加速了路面的破坏。

目前，学术界对于半刚性基层沥青路面反射裂缝的成因已经达成了共识，认为主要是由于载荷和温度应力造成的。传统的材料强度理论认为：反射裂缝的出现是由于沥青混合料损伤超过了路面结构所承受的阀值，但从实际的情况来看，并非如此。发生反射裂缝的沥青路面并不是完全丧失了路面使用功能，只是局部发生病害，任由病害发展不做养护处理才会扩展和加重。而断裂力学理论认为反射裂缝的形成主要是因为半刚性基层裂缝或者拼接拓宽路面接缝的存在。这种原始缺陷的存在是导致产生反射裂缝的根本原因。现在普遍认为，反射裂缝是由温度应力诱发，并参与了其初期的发展，然后在载荷应力日积累月下，裂缝逐渐扩展，从量变达到质变，直至沿着路面结构层由下而上的扩展到面层。

评价沥青混合料的抗反射裂缝的室内试验目前有：直接拉伸试验、间接拉伸试验、弯曲拉伸疲劳试验、剪切疲劳试验以及冲击韧性试验等等，这些实验方法作为同类材料之间的横向对比尚可，但是具体用来指导半刚性基层沥青路面的设计和主要的抗反射裂缝的评价手段却需要商榷。因为这些实验方法主要是基于现象学法，没有从反射裂缝的产生和扩展的机理入手，缺乏路面结构和其他因素的变化对路面反射裂缝的影响。

综上，可以看出目前对沥青路面抵抗反射裂缝的能力评价和试验评价手段并不能够对半刚性基层沥青路面的实际反射裂缝的发生和扩展进行很好的模拟。

发明内容

为了克服现有技术的不足，使得室内试验更能真实贴近的去评价工程的实际问题，本发明的目的在于提供一种半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展模拟装置和模拟方法，用于有效模拟车辆荷载和温度应力通过半刚性基层路面原始缺陷附近力的状态，有效模拟裂缝贯穿模型所需要的模拟次数和所模拟材料力学性能的衰减程度，通过这两个评价指标评价不同材料的抗裂能力，以及不同路面结构类型的防裂效果。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种半刚性基层沥青路面反射裂缝扩展模拟装置，其特征在于：包括环境箱、反射裂缝模拟平台、反射裂缝测试系统和采集控制系统，环境箱底部设有基座；所述反射裂缝测试系统包括水平方向张开型反射裂缝测试模块和垂直方向剪切型反射裂缝测试模块；

反射裂缝模拟平台：包括相互隔开且平行设置的三块平台板，中间为固定在基座上的固定板，右侧为滑动连接在基座上可水平滑动的移动板，左侧为弹性连接在基座上可垂直运动的升降板，固定板右侧设有用于探测移动板位移的第一位移传感器；

水平方向张开型反射裂缝测试模块：设于反射裂缝模拟平台移动板的右侧，包括水平方向动力装置、连接在水平方向动力装置和移动板之间的连接横梁和连接在水平方向动力装置和移动板之间的水平方向荷载传感器；水平方向动力装置带动移动板左右往复运动；

垂直方向剪切型反射裂缝测试模块：包括加载单元、调节单元、动力单元和支撑单元；所述支撑单元固定在基座上并设有水平轴，水平轴设于反射裂缝模拟平台上方；所述加载单元滑动设于水平轴上，包括加载头、给加载头负重的重力荷载装置和探测加载单元位移的第二位移传感器，加载头与重力荷载装置之间设有垂直方向荷载传感器；所述调节单元为设于重力荷载装置下方的可升降调节装置，并与加载单元固定连接；所述动力单元与加载单元固定连接，带动加载单元左右往复运动；

其中，第一位移传感器、水平方向动力装置、水平方向荷载传感器、垂直方向剪切型反射裂缝测试模块的动力单元、垂直方向荷载传感器及第二位移传感器与采集控制系统连接。

环境箱内可以设置控制温度和湿度的装置，模拟特定温度和湿度的工况。

进一步地，所述水平方向动力装置包括液压执行机和为其提供动力的伺服液压油站，液压执行机通过连接横梁和水平方向荷载传感器与反射裂缝模拟平台的移动板连接。

进一步地，所述水平方向荷载传感器为螺纹管载荷传感器。