[发明专利]一种基于FWD弯沉盆几何特征的四层路面模量反算方法

说明书

本发明公开了一种基于FWD弯沉盆几何特征的四层路面模量反算方法，包括以下步骤：1、采用弹性层状体系力学模型计算待反算路面的理论弯沉盆及相应特征值；2、采用非线性函数建立当量远端弯沉点与土基模量的关系模型；3、采用非线性函数建立中心点弯沉比与面层、基层模量比的关系模型；4、采用非线性函数建立第四点与中心点弯沉比与面层、底基层模量比的关系模型；5、根据构建的关系模型提取实测弯沉盆的几何特征值，按照中心点弯沉和弯沉盆面积两种不同收敛判别方式，分别反算实测FWD弯沉盆对应的各结构层的模量参数。本发明四层模量反算结果稳定、与理论计算值差异小，可为评价在役路面各结构层的实际模量状态提供可靠依据。

技术领域

本发明涉及一种基于FWD弯沉盆几何特征的四层模量反算方法，属于道路工程技术领域。

背景技术

FWD(Falling Weight Deflectometer，落锤式弯沉仪)作为目前世界范围内最为先进的路面无损检测设备之一，将FWD检测的路表弯沉盆通过一种模量反算方法得到不同结构层的模量参数，是一种有效评价在役路面各结构层服役状态的方法。

现有模量反算方法主要有迭代法和数据库搜索法，在路面工程中得到了广泛的应用，但均存在一定的局限性。如实测弯沉盆与理论弯沉盆差异较大，反算实测弯沉盆存在无解的情况；较少考虑弯沉盆的几何特征，导致反算结果不收敛，误差较大等情况。

本方法在运用小变形的弹性层状力学体系分析理论弯沉盆的基础上，经验性的挖掘实测弯沉盆与理论弯沉盆在几何特征和模量参数的内在联系及规律，提出一种基于FWD弯沉盆几何特征的四层模量反算方法，对现有路面结构的力学状态进行有效的评价。

发明内容

本发明的目的是针对我国目前FWD弯沉盆模量反算方法的不足，提出一种基于力学-经验法的FWD弯沉盆模量反算方法，根据工程经验和材料特性计算理论弯沉盆特征值，构建理论弯沉盆特征值与各结构层模量的关系模型，将实测弯沉盆通过中心点弯沉和弯沉盆面积两种收敛方法反算各结构层的模量，本发明解决了目前四层模量反算结果不稳定、与理论计算值差异较大等问题，可为评价在役路面各结构层的实际模量状态提供可靠依据。

本发明主要包括如下步骤：

1.理论弯沉盆及几何特征值的计算及理论值数据库的构建

本方法考虑到模量反算的稳定性，首先将路面结构简化为四层体系：沥青面层、基层、底基层和土基，模量和厚度分别记为E₁、h₁；E₂、h₂；E₃、h₃；E₀，泊松比按照常规设定选取。采用线弹性层状体系理论，各层间状态均为完全连续。

对于FWD实测的九点弯沉盆D₀、D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇、D₈(距中心点位置依次为0,230mm,530mm,690mm,850mm,1160mm,1530mm,1750mm,2050mm)，选取几个关键参数来描述弯沉盆的几何特征：(1)中心点弯沉：D₀；(2)当量远端点弯沉：(D₆+D₇+D₈)/3，记为3D；(3)弯沉盆面积：S；(4)第一点与中心点弯沉比：D₁/D₀；(5)第四点与中心点弯沉比：D₃/D₀

然后根据工程经验和材料特性，将每层结构设定一个较宽的模量范围，建议取5个模量，然后对这些模量组合进行大量的理论弯沉盆和弯沉盆几何特征值的计算，建立理论弯沉盆的数据库。

2.建立当量远端点弯沉3D和土基模量的关系模型