CN106092728A - 沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，用混凝土钻孔机对沥青混合料试件进行钻孔得到外径为b、内径为a的圆环柱体试件。将圆柱形的气囊放入圆环柱体试件的中空处后，使用空压机向气囊内充入气压q₁，再将圆环柱体试件套在圆柱状的橡胶膜内，一同放入常规三轴试验装置的压力室内，压力室内的气压设定为q₂，采用常规三轴试验装置的轴向活塞传力杆对圆环柱体试件沿竖轴向施加压力q₃，通过设置q₁、q₂、q₃使圆环柱体试件内部某点呈现某种特定状态。本发明克服了传统方法的缺陷，通过改变施加在试件内外壁的力和传力杆所施加的竖向荷载的大小，来控制沥青混合料试件内部各点的受力情况。

Description

沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法

技术领域

本发明属于沥青混合料内部材料受力性能领域，特别涉及了沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法。

背景技术

沥青混合料的强度直接影响到沥青路面的使用性能和使用寿命，为保证沥青路面在设计年限内正常使用，有必要对沥青混合料的强度特性进行研究。中国目前用来表征沥青混合料强度特性的试验方法包括：拉伸弯曲试验、劈裂试验、围压三轴试验以及真三轴试验。事实上，沥青路面处于三向复杂应力状态，现有的试验方法所模拟的混合料状态与实际路面的受力情况不是完全的符合。

围压三轴试验只能对圆柱体试件施加轴压和围压，只考虑了第一主应力和第三主应力对沥青混合料强度的影响，并未考虑中间主应力对材料强度的贡献，故也被称为“假三轴试验”。虽然真三轴仪考虑了中间主应力的影响，在一定程度上克服了围压三轴试验的不足，但其缺陷也是不容忽视的。国内外的许多真三轴仪，尽管通过在包裹试样的橡皮膜表面与中主应力加压板之间涂抹润滑材料，但轴向总应力往往记入了侧向的摩擦力，因此，与实际的沥青混合料受力情况还有一定的误差。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，克服了传统方法的缺陷，通过改变施加在试件内外壁的力和传力杆所施加的竖向荷载的大小，来控制沥青混合料试件内部各点的受力情况。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，包括以下步骤：

(1)采用混凝土钻孔机对沥青混合料试件钻孔取芯，得到直径为b的芯样，在该芯样的中心位置再次使用混凝土钻孔机进行钻孔，钻取的孔径为a，从而得到外径为b、内径为a的圆环柱体试件；

(2)将圆柱形的气囊放入圆环柱体试件的中空处后，使用空压机向气囊内充入气压q₁，再将圆环柱体试件套在圆柱状的橡胶膜内，一同放入常规三轴试验装置的压力室内，压力室内的气压设定为q₂，采用常规三轴试验装置的轴向活塞传力杆对圆环柱体试件沿竖轴向施加压力q₃，通过设置q₁、q₂、q₃使圆环柱体试件内部某点呈现某种特定状态。

进一步地，在步骤(2)中，根据圆环柱体试件内部某点需要呈现的状态来设置q₁、q₂、q₃的公式如下：

$q_1=-(\frac{1}{2}+\frac{2r^2}{a^2}){\mathrm{\σ}}_r+(\frac{2r^2}{a^2}-\frac{1}{2}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$

$q_2=-(\frac{1}{2}+\frac{2r^2}{b^2}){\mathrm{\σ}}_r+(\frac{2r^2}{b^2}-\frac{1}{2}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$

q₃＝-σ_z，

上式中，σ_r、σ_θ、σ_z分别表示圆环柱体试件内部某点的径向应力、垂直于径向的应力以及沿圆环柱体试件竖轴方向的应力，r为圆环柱体试件的中心到内部某点的水平距离。

进一步地，在步骤(1)中，b-a≥6cm。

进一步地，步骤(1)中所述沥青混合料试件是通过对沥青混合料进行旋转压实方法而成型的。

进一步第，在步骤(2)中，确保圆环柱体试件的内腔和外壁都是均匀受压的。

采用上述技术方案带来的有益效果：

相对于现有技术而言，本发明通过改变施加在试件内外壁的力和传力杆所施加的竖向荷载的大小，来控制沥青混合料试件内部各点的受力情况，能准确控制内部每点的受力状态，弥补了假三轴实验和真三轴仪的不足，为研究者对沥青混合料内部性能研究提供了技术保证。

附图说明

图1是本发明的基本流程图；

图2是沥青混合料圆环柱体试件的正视图；

图3是沥青混合料圆环柱体试件内腔和外壁加压示意图；

图4是沥青混合料圆环柱体试件施加竖轴向压力示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

首先，采用级配：一号料(粒径9.5～19mm)2520g，二号料(粒径4.75～9.5mm)1695g，三号料(2.36～4.75mm)95g，四号料(0～2.36mm)385g，矿粉145g，沥青160g，并通过旋转压实的方法成型沥青混合料试件。采用小型混凝土钻孔机钻孔取芯，如图2所示，得到直径b为10cm的芯样，对所钻取芯样中心位置再次使用钻孔机进行钻孔，钻取的孔径为4cm，最终得到内外径分别是4cm和10cm的圆环柱体试件。在本实施例中，以圆环壁厚不小于3cm为原则，即b-a≥6cm。

然后，将圆柱形的气囊放入圆环柱体的中空部分后，使用空压机充入气压q₁，再将圆环柱体试件套在圆柱状的橡胶膜内，放入常规三轴试验装置的压力室内，压力室内的气压设定为q₂，则试件的内腔和外壁在垂直于竖轴方向上均受到周围气压，如图3所示。再通过轴向活塞传力杆对试件施加竖向压力，如图4所示，轴向压力传感器安装在轴向活塞传力杆上，只采集直接施加到试件顶部的应力q₃。由此，通过圆环柱体试件的内腔气压、外壁气压和传力杆施加的竖向压力，来控制圆环柱体内部各点的三维受力(σ_r、σ_θ、σ_z)，σ_r、σ_θ、σ_z分别表示圆环柱体试件内部某点的径向应力、垂直于径向的应力以及沿圆环柱体试件竖轴方向的应力。

本实施例取沥青混合料圆环柱体试件的中环内部的点作为研究对象，由于圆环柱体试件的中心到内部点的水平距离r＝(a+b)/4＝35mm，则沥青混合料试件中各点应力(σ_r、σ_θ、σ_z)与(q₁、q₂、q₃)关系如下：

$q_1=-(\frac{1}{2}+\frac{2r^2}{a^2}){\mathrm{\σ}}_r+(\frac{2r^2}{a^2}-\frac{1}{2}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=-2.03{\mathrm{\σ}}_r+1.03{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}$

$q_2=-(\frac{1}{2}+\frac{2r^2}{b^2}){\mathrm{\σ}}_r+(\frac{2r^2}{b^2}-\frac{1}{2}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=-0.745{\mathrm{\σ}}_r-0.255{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}$

q₃＝-σ_z

根据需要控制的沥青混合料试件各点应力(σ_r、σ_θ、σ_z)，按上式计算需要施加的应力(q₁、q₂、q₃)。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用混凝土钻孔机对沥青混合料试件钻孔取芯，得到直径为b的芯样，在该芯样的中心位置再次使用混凝土钻孔机进行钻孔，钻取的孔径为a，从而得到外径为b、内径为a的圆环柱体试件；

(2)将圆柱形的气囊放入圆环柱体试件的中空处后，使用空压机向气囊内充入气压q₁，再将圆环柱体试件套在圆柱状的橡胶膜内，一同放入常规三轴试验装置的压力室内，压力室内的气压设定为q₂，采用常规三轴试验装置的轴向活塞传力杆对圆环柱体试件沿竖轴向施加压力q₃，通过设置q₁、q₂、q₃使圆环柱体试件内部某点呈现某种特定状态。

2.根据权利要求1所述沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，其特征在于：在步骤(2)中，根据圆环柱体试件内部某点需要呈现的状态来设置q₁、q₂、q₃的公式如下：

$q_1=-(\frac{1}{2}+\frac{2r^2}{a^2}){\mathrm{\σ}}_r+(\frac{2r^2}{a^2}-\frac{1}{2}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$

$q_2=-(\frac{1}{2}+\frac{2r^2}{b^2}){\mathrm{\σ}}_r+(\frac{2r^2}{b^2}-\frac{1}{2}){\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}},$

q₃＝-σ_z，

上式中，σ_r、σ_θ、σ_z分别表示圆环柱体试件内部某点的径向应力、垂直于径向的应力以及沿圆环柱体试件竖轴方向的应力，r为圆环柱体试件的中心到内部某点的水平距离。

3.根据权利要求1所述沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，b-a≥6cm。

4.根据权利要求1所述沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，其特征在于：步骤(1)中所述沥青混合料试件是通过对沥青混合料进行旋转压实方法而成型的。

5.根据权利要求1所述沥青混合料圆环柱体试件内各点三维受力状态的控制方法，其特征在于：在步骤(2)中，确保圆环柱体试件的内腔和外壁都是均匀受压的。