CN111024524A - 一种路基弹性模量的测定系统及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路基弹性模量的测定系统及测定方法，首先通过传统实验方法在不同下落高度、球体材料、球体质量、曲面半径等进行对比试验，得出不同材料的路基回弹模量与信号幅值关系曲线，再将碰撞装置提升至一定高度做自由落体运动，最后计算机处理分析数据，与路基回弹模量与信号幅值关系曲线进行比较，得出结果，通过该技术方案进行测定路基的弹性模量，可以根据检测对象的不同选取不同质量的配重块，可保证高效率、低成本，并且可及进行大面积的检测。

Description

一种路基弹性模量的测定系统及测定方法

技术领域

本发明涉及一种道路参数的测定系统和测定方法，更具体的说，本发明主要涉及一种路基弹性模量的测定系统及测定方法。

背景技术

回弹模量是路基路面施工质量检测的关键指标之一，回弹模量越高，路基承载能力越大，材料整体性能越好，使用寿命越长，常用的回弹模量实验方法有：1.土基现场CBR值测试方法；2.承载板测定土基回弹模量试验方法；3.贝壳曼梁测定路基路面回弹模量试验方法；4.动力锥贯入仪测定路基路面回弹模量试验方法。决定路基路面施工质量的关键在于保证结构和材料的力学性能，即变形特性(压缩模量、回弹模量等)和强度特性(承载力、内摩擦角

粘聚力c等)；根据其加载的方式，传统实验方式均需要外部加载，其测试效率较低且测试成本均较高，其也均属于现场试验方法，难以大面积进行检测评估。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种路基弹性模量的测定系统及测定方法，具有效率高、低成本、可在实验室进行和进行大面积检测的优势。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种路基弹性模量的测定系统，包括碰撞装置和装有处理分析数据软件的计算机；所述碰撞装置包括球冠体、配重块、提升把手和信息采集器，所述球冠体的平面上固定有所述配重块，所述配重块上设有所述提升把手，所述信息采集器设于球冠体、配重块或提升把手上；所述信息采集器的信号输出端与所述计算机的信号接收端连接。

碰撞装置结构简单，而且信号采集器可以安装在碰撞装置的任意位置，便于协带，可以在任意地方进行测定。

优选的，所述球冠体的曲率半径为100mm-150mm，所述配重块为圆柱形结构，所述配重块的半径与所述球冠体的曲率半径相等。

根据多组的对比实验得出球冠体的最优曲率半径为100mm-150mm，配重块设为圆柱形结构，其轴线可和球冠体的球心重合，保证在进行落球实验时球冠体的球面结构始终向下，不会发生倾斜。

优选的，所述信息采集器设于配重块的端面上，所述信息采集器为加速度传感器或速度传感器。

由于球冠体和提升把手裸露在外的表面基本上均为曲面，信息采集器没有良好的附着点，只有配重块的端面为平面，且裸露在外，因此信息采集器的最佳放置放置位置在配重块的端面上；信息采集器主要采集的信息为加速度或速度。

优选的，所述球冠体和所述配重块均为不锈钢材料，所述球冠体的弹性模量为180GPz-210GPz，所述球冠体和所述配重块的总质量为11Kg-50Kg。

由于球冠体会直接冲击被测路面，因此球冠体需要一定的硬度，球冠体的弹性模量为180GPz-210GPz以及碰撞装置的总质量为11Kg-50Kg时，该系统可以测试大多数的路面。

本发明所提供的一种路基弹性模量的测定方法：

S1：通过标准试验方法测定对象材料的回弹模量值，通过冲击信号幅值与路基弹性模量的对应关系，建立路基回弹模量与信号幅值关系曲线；

S2：根据检测对象的不同选取不同质量的配重块，对整个落球体的质量进行调整，通过自动或手动的方式将碰撞装置提升至一定高度使球体自由下落；

S3：信息采集器所收集的信息传输至所述计算机，进行信号的处理与分别需，并与所述路基回弹模量与信号幅值关系曲线进行对比，得出被测路基的弹性模量值。

首先通过传统实验方法在不同下落高度、球体材料、球体质量、曲面半径等进行对比试验，得出不同材料的路基回弹模量与信号幅值关系曲线，再将碰撞装置提升至一定高度做自由落体运动，最后计算机处理分析数据，与路基回弹模量与信号幅值关系曲线进行比较，得出结果，通过该技术方案进行测定路基的弹性模量，可以根据检测对象的不同选取不同质量的配重块，可保证高效率、低成本，并且可及进行大面积的检测。

优选的，所述步骤S1中进行校准试验时，在不同下落高度、球体材料、球体质量以及曲面半径的情况下进行对比试验，通过所获取的信号幅值建立与试验数据最优的拟合关系并选出球体的最优提升高度、球体材料、球体质量、曲面半径参数，根据不同材料力学特性建立相对应的路基回弹模量与信号幅值关系曲线。

通过多次的对比校准试验，可以提高本发明方案中测定结果的准确性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、碰撞装置结构简单，而且信号采集器可以安装在碰撞装置的任意位置，便于协带，可以在任意地方进行测定；

2、根据多组的对比实验得出球冠体的最优曲率半径为100mm-150mm，配重块设为圆柱形结构，其轴线可和球冠体的球心重合，保证在进行落球实验时球冠体的球面结构始终向下，不会发生倾斜；

3、由于球冠体和提升把手裸露在外的表面基本上均为曲面，信息采集器没有良好的附着点，只有配重块的端面为平面，且裸露在外，因此信息采集器的最佳放置放置位置在配重块的端面上；信息采集器主要采集的信息为加速度或速度；

4、由于球冠体会直接冲击被测路面，因此球冠体需要一定的硬度，球冠体的弹性模量为180GPz-210GPz以及碰撞装置的总质量为11Kg-50Kg时，该系统可以测试大多数的路面；

5、首先通过传统实验方法在不同下落高度、球体材料、球体质量、曲面半径等进行对比试验，得出不同材料的路基回弹模量与信号幅值关系曲线，再将碰撞装置提升至一定高度做自由落体运动，最后计算机处理分析数据，与路基回弹模量与信号幅值关系曲线进行比较，得出结果，通过该技术方案进行测定路基的弹性模量，可以根据检测对象的不同选取不同质量的配重块，可保证高效率、低成本，并且可及进行大面积的检测；

6、通过多次的对比校准试验，可以提高本发明方案中测定结果的准确性。

附图说明

图1为本发明所述碰撞装置的结构示意图；

图2为路基回弹模量与信号幅值关系曲线图；

图3为测试信号图；

图4为测试原理示意图；

附图标记说明：

1-信息采集器、2-提升把手、3-配重块、4-球冠体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种路基弹性模量的测定系统，包括碰撞装置、信息采集器1以及安装有处理分析数据软件的计算机，信息采集器1安装在碰撞装置的任意位置上，信息采集器1可以收集来自碰撞装置2的数据，信息采集器1采集到的信息直接传输至计算机，传输方式不受限，可为有线传输，也可为无线传输，计算机中安装有处理和分析数据的专用软件；其中碰撞装置包括提升把手2、配重块3和球冠体4，提升把手2以活扣或者焊接的方式安装在配重块3上，配重块3固定在球冠体4的平面上，配重块3为柱形，配重块3的重心和球冠体4的重心在同一竖直线上；碰撞装置的整体结构简单，信息采集器1的安装位置不受限，传输方式不受限，计算机可以为笔记本，因此，整体系统所需的器材少，可以在任意路基上进行测定，所以，使用范围广，可在大面积范围内进行测定，同时还具有较高的测定效率。

实施例2：

与实施例1相比，还包括以下方案：

根据多组的对比实验得出球冠体4的最优曲率半径为100mm-150mm，配重块3设为圆柱形结构，其轴线可和球冠体4的球心在竖直方向上重合，配重块3的半径和球冠体4的曲率半径相等，保证在进行落球实验时球冠体的球面结构始终向下，不会发生倾斜。

实施例3：

与实施例2相比，还包括一下方案：

球冠体2为半球形状，提升把手4和配重块3为圆柱状，且提升把手4的直径较小，配重块3的直径等于球冠体2的直径，球冠体2的端面和配重块3的一端面相连接，提升把手4的一端面和配重块3的另一端面连接，因此只有配重块3的一个端面有完整的平面，由于信号采集器1在曲面上没有良好的附着点，故将信息采集器1置于配重块3的端面上，可以使信息采集器1的安置更稳当；另一方面，信息采集器1所收集的信息主要为加速度或者速度，此信息用于传递至计算机进行数据的处理和分析对比。

实施例4：

与实施例3相比，还包括以下方案：

由于路基通常比较坚实，因此对球冠体4和配重块3的硬度要求较高，在通常情况下，球冠体4和配重块3选定为不锈钢材质，且均为实心，球冠体4的弹性模量在180GPz-210GPz区间，根据实验测得，球冠体4和配重块3的总质量在11Kg-50Kg区间时，可以满足绝大多数路基的测定。

实施例5：

一种路基弹性模量的测定方法，包括步骤S1:前期准备：通过标准试验方法测定对象材料的回弹模量值，通过冲击信号幅值与路基弹性模量的对应关系，建立路基回弹模量与信号幅值关系曲线；

S2:测定：根据检测对象的不同选取不同质量的配重块，对整个落球体的质量进行调整，通过自动或手动的方式将碰撞装置提升至一定高度使球体自由下落；

S3：分析处理：信息采集器所收集的信息传输至所述计算机，进行信号的处理与分别需，并与所述路基回弹模量与信号幅值关系曲线进行对比，得出被测路基的弹性模量值；

在前期的准备工作中，首先通过标准试验方法(1.土基现场CBR值测试方法；2.承载板测定土基回弹模量试验方法；3.贝壳曼梁测定路基路面回弹模量试验方法；4.动力锥贯入仪测定路基路面回弹模量试验方法)测定不同对象材料的回弹模量，建立如图2所示的路基回弹模量与信号幅值关系曲线；通过不同下落高度、球体材料、球体质量、曲面半径等进行对比试验，通过所获取的信号幅值建立与试验数据最优的拟合关系并优选出球体的提升高度、球体材料、球体质量、曲面半径参数，根据不同材料力学特性建立相对应的数据方程，并用于步骤S2中所述的方法，快速测定路基路面的回弹模量参数；检测时，根据不同的检测对象选取不同的质量的配重块3，通过手动或者自动的方式将碰撞装置2提升至30mm-80mm的高度，做自由落体运动，得到如图3所示的测试信号图，在测试中通过信息采集器1采集的数据，在计算机软件内与路基回弹模量与信号幅值关系曲线进行对比分析，如图4所示的测试原理示意图，得出相对应的回弹模量参数；通过本技术方案，可以在大范围内进行测试，并且不需要繁重的设备，测试效率也高。

实施例6：

与实施例5相比，还包括以下方案：

为了提升步骤S3中的数据对比处理的准确性，在步骤S1中的标准试验方法需要进行多组试验，在不同下落高度、球体材料、球体质量以及曲面半径的等情况下进行对比试验，最终选出材料对应最优的碰撞装置的参数，包括下落高度、球体材料、球体质量以及曲面半径等，再根据最优的数据建立如图2所示的路基回弹模量与信号幅值关系曲线。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种路基弹性模量的测定系统，其特征在于，包括碰撞装置和装有处理分析数据软件的计算机；所述碰撞装置包括球冠体、配重块、提升把手和信息采集器，所述球冠体的平面上固定有所述配重块，所述配重块上设有所述提升把手，所述信息采集器设于球冠体、配重块或提升把手上；所述信息采集器的信号输出端与所述计算机的信号接收端连接。

2.根据权利要求1所述的一种路基弹性模量的测定系统，其特征在于，所述球冠体的曲率半径为100mm-150mm，所述配重块为圆柱形结构，所述配重块的半径与所述球冠体的曲率半径相等。

3.根据权利要求1所述的一种路基弹性模量的测定系统，其特征在于，所述信息采集器设于配重块的端面上，所述信息采集器为加速度传感器或速度传感器。

4.根据权利要求2所述的一种路基弹性模量的测定系统，其特征在于，所述球冠体和所述配重块均为不锈钢材料，所述球冠体的弹性模量为180GPz-210GPz，所述球冠体和所述配重块的总质量为11Kg-50Kg。

5.一种路基弹性模量的测定方法，其特征在于：

S1：通过标准试验方法测定对象材料的回弹模量值，通过冲击信号幅值与路基弹性模量的对应关系，建立路基回弹模量与信号幅值关系曲线；

S2：根据检测对象的不同选取不同质量的配重块，对整个落球体的质量进行调整，通过自动或手动的方式将碰撞装置提升至一定高度使球体自由下落；

S3：信息采集器所收集的信息传输至所述计算机，进行信号的处理与分别需，并与所述路基回弹模量与信号幅值关系曲线进行对比，得出被测路基的弹性模量值。

6.根据权利要求5所述的一种路基弹性模量的测定方法，其特征在于：所述步骤S1中进行校准试验时，在不同下落高度、球体材料、球体质量以及曲面半径的情况下进行对比试验，通过所获取的信号幅值建立与试验数据最优的拟合关系并选出球体的最优提升高度、球体材料、球体质量、曲面半径参数，根据不同材料力学特性建立相对应的路基回弹模量与信号幅值关系曲线。

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