CN113552012B - 一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程材料设备试验技术领域，尤其涉及一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置。包括：储水桶、模拟降雨组件、路面模拟组件、沉沙桶、图像采集组件和动载模拟组件；路面模拟组件包含四条竖直的第一支撑腿，第一支撑腿的顶端水平设置有上开口的试验箱，试验箱的内底部设置有楔形块，楔形块的上表面竖直设置有四条第二支撑腿，第二支撑腿的顶端设置倾斜的承载槽，承载槽较低的一端设置有排沙口，承载槽内设置有车辙板，车辙板的上表面设置有固体颗粒污染物层。本发明为观测降雨工况下受固体颗粒污染的沥青路面提供了新的研究方向，对探究流‑固‑动载耦合工况下受污染路表的自清洁程度具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于道路工程材料设备试验技术领域，尤其涉及一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置。
背景技术
沥青路面和轮胎间污染介质的存在会影响行车舒适性和安全性，沙、石等固体颗粒污染物会阻碍胎-路之间的直接接触，并堵塞路表宏观构造；雨天轮胎在积水路面行驶会受到水流的托举力，使附着系数降低，产生水漂现象。然而现有试验装置或研究大多集中在探究污染物或轮胎滑水等单一方面，采用铺撒污染物或洒水等方式模拟外界环境不利状况，而未考虑到二者耦合工况下降雨对受污染路面的冲刷、清洁作用，且现有的研究或实验装置考虑降雨冲刷的对象多为边坡，极少考虑到对路面的作用。
此外，现有的实验装置或研究多采用单相多孔介质渗流理论解释雨天沥青路表排水性能，而路表覆有污染物时，路表排水状态除了受降雨强度和路表构造影响之外，显然还受颗粒污染物的影响，并且缺少直观记录的方法；现有实验装置或研究多采用数值模拟分析动水压力，较少考虑动载引起的动水压力对覆有固体颗粒污染物路面的附加冲刷作用。
因此，为了克服现有试验装置对上述因素考虑不周的现状，开发出一套直观观测流-固-污染物及动载耦合工况下路表冲刷程度的装置显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，通过流量控制阀的开闭程度模拟不同降雨强度；通过调节第二支撑腿的高度模拟实际路拱横坡度；由雨滴特征收尾速度利用动量守恒公式确定喷嘴至固体颗粒污染物平均水平面的高度差；使用摄像机观测装置运行前后路表的冲刷状态；使用动载模拟组件模拟车辆轮胎对路表的附加冲刷作用，通过井字以隔板减少试验数据的相互干扰、提高结果精度。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
本发明提供了一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，包括：储水桶、模拟降雨组件、路面模拟组件、沉沙桶、图像采集组件和动载模拟组件；
所述储水桶的内底面设置有潜水泵，所述储水桶的内部填充有水；
所述模拟降雨组件包含输水管，所述输水管的一端与所述潜水泵的出水口连接，所述输水管的另一端设置有喷淋头；
所述路面模拟组件包含四条竖直的第一支撑腿，四条所述第一支撑腿的顶端水平设置有上开口的试验箱，所述试验箱的内底部设置有楔形块，所述楔形块的上表面竖直设置有四条第二支撑腿，四条所述第二支撑腿的顶端设置倾斜的承载槽，所述承载槽较低的一端设置有排沙口，所述承载槽内设置有车辙板，所述车辙板的上表面设置有固体颗粒污染物层，所述喷淋头位于所述固体颗粒污染物层的正上方，所述沉沙桶位于所述排沙口的下方；
所述图像采集组件包含第一竖直固定杆、摄像机和计算机；所述摄像机设置在所述第一竖直固定杆的顶端，所述摄像机的输出端与所述计算机的输入端连接；
所述动载模拟组件包含两个竖直设置在所述试验箱左右两侧的Y型支撑杆和驱动电机；所述Y型支撑杆的顶部平行设置有两根滑轨，靠近每根所述滑轨的左右两端分别依次设置有挡块和限位部；所述驱动电机的外壳的底部设置有分别与两根所述滑轨相匹配的两组滑动轮，所述驱动电机的输出轴贯穿所述驱动电机的外壳的底部连接有第二竖直固定杆，所述第二竖直固定杆的底端设置有滚轮，所述驱动电机用于驱动所述滚轮沿所述固体颗粒污染物层的上表面左右滚动。
优选的，所述输水管上设置有流量控制阀和涡轮流量计。
优选的，所述喷淋头的下表面设置有多个喷嘴。
优选的，每条所述第二支撑腿的长度可伸缩。
优选的，所述第二支撑腿包含外套管和内套管，所述内套管可沿所述外套管的长度方向上下移动；
所述外套管的侧壁上从上至下依次等间距设置有多个第一固定孔，所述内套管的侧壁上从上至下依次等间距设置有多个第二通孔，每个所述第二通孔与每个所述第一通孔通过紧固插销固定连接。
优选的，所述试验箱为亚克力材质。
优选的，所述排沙口设置有聚流板，所述聚流板的两侧分别竖直向上设置有挡板。
优选的，所述挡块靠近所述限位部的侧壁上设置有海绵垫。
优选的，每个所述限位部包含底部开口的中空楔形外壳，所述中空楔形外壳的低端的底部铰接在所述滑轨的上表面，所述中空楔形外壳的高端的底部贯穿所述滑轨且可沿所述滑轨上下移动，所述中空楔形外壳的内部设置有弹簧，所述弹簧的两个底端分别固定在所述滑轨的上表面，所述弹簧的顶端固定在所述中空楔形外壳的内顶面。
优选的，所述中空楔形外壳的倾斜面的侧面上设置有拉环。
优选的，还包括：井字形隔板，所述井字形隔板可置于所述车辙板的上表面，用于将所述车辙板的表面分割成多个区域。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)可在实验室直观地观测到降雨对受固体颗粒污染的沥青路面的冲刷作用，观测到颗粒覆盖状态、水流流动状态及路表清洁程度，同时考虑到了动载产生的附加冲刷作用。通过流量控制阀的开闭程度改变输水管内的水流流速，并由涡轮流量计进行核实，使流速达到相应的降雨强度；通过调节第二支撑腿的高度，模拟实际路拱横坡度，与实际路面横向排水状态相吻合；根据对应喷嘴直径大小的雨滴的特征收尾速度，由动量守恒公式确定喷嘴至固体颗粒污染物平均水平面的高差，以模拟对应降雨强度的水落势能；使用覆有纵、横向花纹且运动的橡胶轮模拟动载；摄像机可观测记录装置运行中路面受降雨及动载冲刷程度以及路表污染物的流动状态；提出方向限位装置限制滚轮的运动方向及程度；在收集试验数据时提出使用井字隔板以减少数据的干扰；根据试验结果提出路表受冲刷程度的评价指标。
(2)本发明操作方便、直观清晰，具有可重复操作性和稳定性，为观测降雨工况下受固体颗粒污染的沥青路面提供了新的研究方向，对探究流-固-动载耦合工况下受污染路表的自清洁程度具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的试验箱的整体结构示意图；
图3是本发明实施例提供的限位组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的井字形隔板的结构示意图。
其中，1：潜水泵；2：储水桶；3：输水管；4：流量控制阀；5：涡轮流量计；6：喷淋头；7：喷嘴；8：第一支撑腿；9：试验箱；10：楔形块；11：第二支撑腿；111：内套管；112：外套管；12：承载槽；13：车辙板；14：固体颗粒污染物层；15：聚流板；16：沉沙桶；17：第一竖直固定杆；18：摄像机；19：Y型支撑杆；20：滑轨；21：挡块；22：限位部；221：中空楔形外壳；222：弹簧；223：拉环；23：驱动电机；24：滑动轮；25：第二竖直固定杆；26：滚轮；27：挡板；28：海绵垫；29：井字形隔板；30：排沙口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
参考图1至图3，本发明提供了一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，包括：储水桶2、模拟降雨组件、路面模拟组件、沉沙桶16、图像采集组件和动载模拟组件；
储水桶2的内底面设置有潜水泵1，储水桶2的内部填充有水，其中，根据模拟降雨强度和模拟降雨持时，计算储水桶2中最小储水量，具体如下所示：
V＝q×10-3×t×1×1×103＝qt
其中，V为储水桶中最小储水量，L；q为模拟降雨强度，mm/min；t为模拟降雨持时，min；
模拟降雨组件包含输水管3，输水管3的一端与潜水泵1的出水口连接，输水管3的另一端设置有喷淋头6；
在上述实施例中，输水管6上设置有流量控制阀4和涡轮流量计5，通过流量控制阀4的开闭程度，可模拟出多种降雨强度，从而实现多种不同降雨强度对车辙板13表面铺设的固体颗粒污染物层14的冲刷程度；
而涡轮流量计5用于监控水流速度，其中，涡轮流量计5的读数与根据模拟降雨强度、模拟降雨持时计算得到的输水管6内的平均流速相匹配，其计算公式具体如下所示：
其中，N为涡轮流量计的读数，L/min；V为由模拟降雨强度、模拟降雨持时计算得到的总流量，L；t为降雨持时，min；
进一步的，待涡轮流量计5的读数稳定后，分别记录下不同降雨强度对应的流量控制阀4的位置，后续可按模拟降雨强度提前设定其位置；根据所需降雨强度，将流量控制阀4的旋转至对应降雨强度的标记位置，启动潜水泵1且待涡轮流量计5的读数稳定时按下秒表开关以控制降雨持时；
喷淋头6的下表面设置有多个喷嘴7，每个喷嘴7的孔径是相等的，其中，可根据喷嘴7的孔径间接控制雨滴直径，由雨滴椭球模型公式确定雨滴收尾速度，由动量守恒公式确定喷嘴至车辙板上铺设的固体颗粒污染物层的水平面的平均高度差，具体如下所示：
其中，H为喷嘴至固体颗粒污染物层的水平面的平均高度差，m；g为重力加速度，取9.8m/s2；vt为雨滴收尾速度，m/s；Q为涡轮流量计所测得每分钟流量，m3；n为喷嘴个数，个；di为每个喷嘴的直径，m；
再根据喷嘴7至车辙板13上铺设的固体颗粒污染物层14的水平面的平均高度差确定输水管3和第一支撑腿8的高度，以模拟降雨的水落势能。
路面模拟组件包含四条竖直的第一支撑腿8，四条第一支撑腿8的顶端水平设置有上开口的试验箱9，试验箱9的内底部设置有楔形块10，楔形块10的上表面竖直设置有四条第二支撑腿11，四条第二支撑腿11的顶端设置倾斜的承载槽12，承载槽12较低的一端设置有排沙口30，承载槽12内设置有车辙板13，车辙板13的上表面设置有固体颗粒污染物层14，喷淋头6位于固体颗粒污染物层14的正上方，沉沙桶16位于排沙口30的下方；
其中，试验箱9为亚克力材质，有利于防止固、液混合物的崩溅，不阻挡光线并能使摄像机18具有开阔视角以保证记录的准确性；
进一步的，每条第二支撑腿11的长度可伸缩，具体的，第二支撑腿11包含外套管112和内套管111，内套管111可沿外套管112的长度方向上下移动；外套管112的侧壁上从上至下依次等间距开设有多个第一通孔，内套管111的侧壁上从上至下依次等间距开设有多个第二通孔，每个第二通孔与每个第一通孔通过紧固插销固定连接，在实际模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的过程中，可以参考公路规范中沥青路面或路肩的路拱横坡度进行升降调节第二支撑腿11的高度，以此来模拟真实的路表横向排水状态；
进一步的，排沙口30设置有聚流板15，聚流板15的两侧分别竖直向上设置有挡板27，其目的是为了防止固、液混合物流入沉沙桶16的过程中发生迸溅，以使固、液混合物尽可能的都流入沉沙桶16中；
图像采集组件包含第一竖直固定杆17、摄像机18和计算机；摄像机18设置在第一竖直固定杆17的顶端，摄像机18的输出端与计算机的输入端连接；
在实际模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的过程中，降雨对沥青路面的冲刷，在路拱横坡影响下，固体颗粒污染物层14与水的混合物会积聚于近车辙板13高程最低的路表构造处并造成堵塞，从而改变路表排水状态。而本发明实施例中图像采集组件有三组，其中两组图像采集组件分别位于车辙板13的前后两侧，这两组图像采集组件中的摄像机18分别正对车辙板13的两侧，为使水流颜色相对于路面颜色有明显区分度，预先在储水桶中加入液体色素进行着色，通过对水流进行着色及多台摄像机18的观测，可直观观测出不同环境工况下路表水流的流动状态。
根据单相多孔介质渗流理论，雨量较小时，雨水在贯通的路表构造内能够形成渗流，直至使构造充满水形成初始水膜并保持稳定；雨量较大时水膜沿固体壁面溢出，在固体外边界形成表面径流。通过摄像机可多角度观测在无固体颗粒污染物覆盖情况下水流在路表构造内渗流和在构造表面形成径流的临界降雨强度值，使用水位探针测量路面水膜厚度，并与现有路面水膜厚度回归预测模型进行对比验证，具体如下：
其中，WD为路面水膜厚度，mm；L为水流路径长度，m；I为降雨强度，mm/h；TXD为路面平均构造深度，mm；S—路面坡度，％；
根据多相多孔介质渗流理论，在受固体颗粒污染物层14覆盖路面，路表水流形态除了受降雨强度和路表构造特性影响之外，还受颗粒污染物形态和分布的影响。经摄像机18多角度观测在固体颗粒污染物覆盖条件下路表水流在构造内渗流和在构造表面形成径流的临界降雨强度值，并与无固体颗粒覆盖的工况进行对比，可验证该理论；
动载模拟组件包含两个竖直设置在试验箱左右两侧的Y型支撑杆19和驱动电机23；Y型支撑杆19的顶部平行设置有两根滑轨20，靠近每根滑轨20的左右两端分别依次设置有挡块21和限位部22；驱动电机23的外壳的底部设置有分别与两根滑轨20相匹配的两组滑动轮24，驱动电机23的输出轴贯穿驱动电机23的外壳的底部连接有第二竖直固定杆25，第二竖直固定杆25的底端设置有滚轮26，驱动电机23用于驱动滚轮26沿固体颗粒污染物层14的上表面左右滚动；
在本发明实施例中，滚轮26为外表面具有纵横向花纹的橡胶轮，目的是模拟实际胎、路之间形成的空腔，在动载作用时能形成正负交替的孔隙水压力，从而对路面形成附加冲刷作用。
具体的，每个限位部22包含底部开口的中空楔形外壳221，中空楔形外壳221的较低一端的底部铰接在滑轨20的上表面，中空楔形外壳221的高端的底部贯穿滑轨20且可沿滑轨20上下移动，中空楔形外壳221的内部设置有弹簧222，弹簧222的两个底端分别固定在滑轨20的上表面，弹簧222的顶端固定在中空楔形外壳221的内顶面；
进一步的，挡块21靠近限位部22的侧壁上设置有海绵垫28，其中，海绵垫28可以起到减速消能的作用；
进一步的，中空楔形外壳221的倾斜面的侧面上设置有拉环223，拉环223可以起到将中空楔形外壳221下移，直至中空楔形外壳221的倾斜面与滑轨20持平，从而释放滑动轮24；
其中，中空楔形外壳221以顺坡向为正向，允许滑动轮24沿其倾斜顺坡向高速跃过并将其向下挤压，滑动轮24通过后中空楔形外壳221经弹簧作用以迅速恢复初始状态，阻挡滑动轮24经挡块21阻挡回弹从而产生反向运动的趋势，将滑动轮24及驱动电机23一同限制于特定空间中，防止产生进一步位移而撞碎试验箱9；同时，可尽可能地确保滑动轮24朝逆坡向运动时在中间段滑轨20上保持所需模拟的速度，而非变加速运动，具体的做法为：在该特定位置启动驱动电机23并限制滑动轮24的运动，待驱动电机23转速稳定于所需模拟的转速后，通过拉环223使中空楔形外壳221顺坡向侧表面平行于滑轨20从而释放滑动轮24，使得滚轮26在平移过程中近似保持匀速；
其中，保守假设滑动轮24及其带动的整体匀速运动且动能全部被弹簧222所吸收后保持静止，则根据弹簧222预设形变量，由机械能守恒公式可得所需弹簧222的劲度系数，具体如下所示：
其中，m为滚轮及其带动的整体的质量，kg；v为滚轮及其带动的整体的运动速度，m/s；x为弹簧的形变量；
根据弹簧222的劲度系数安装合适规格的弹簧222。
参考图4，本发明还提供了另一实施例，模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置还包括：井字形隔板29，井字形隔板29可置于车辙板13的上表面，用于将车辙板13的上表面分割成多个区域；
具体的，待模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置运行结束后，将车辙板13取下并烘干，将井字形隔板29放置在车辙板13的上表面，从而将车辙板13的上表面分成多个相等的区域，可通过离心式吸力装置和细毛刷将每个区域内残留的固体颗粒污染物收集到器皿中，使用高精度电子天平称量井字形隔板29的每个区域内收集到的固体颗粒污染物的质量，记为Mi，整个车辙板13的上表面上的固体颗粒污染物干燥后的总质量为固体颗粒污染物的总残留量，记为MR，每个区域的受冲刷程度的计算如下：
将沉沙桶16中收集的固、液混合物分离，将固体颗粒污染物进行烘干，得到同一个降雨强度下对应的固体颗粒污染物的冲刷量，记为MW，同一降雨强度对路表固体颗粒污染物的冲刷程度的计算具体如下：
示例的，井字形隔板29的尺寸为30cm×30cm，由不锈钢材料制成，井字形隔板29被均分成九个相等的区域，其中，井字形隔板29对应的每个不锈钢区域的尺寸为100mm×100mm×50mm，其中，井字形隔板29的尺寸、材料以及井字形隔板29均分成的区域个数可以根据实际过程中的需要进行定制，本发明在此对井字形隔板29的尺寸、材料以及井字形隔板29均分成的区域个数不作具体限定。
综上，本发明利用摄像机18持续记录车辙板13的表面受降雨冲刷和动载附加冲刷的状态、路表污染物迁移运动状态和路表水流流动状态，并根据冲刷量和总残留量，可计算得路表受冲刷程度；并根据摄像机18拍摄的车辙板13的表面图像，观测分析装置运行过程中车辙板13的冲刷状态、固体颗粒污染物的迁移运动状态和路表水流流动状态，得到流-固-动载耦合工况下路面的冲刷清洁程度。
此外，本发明还可根据实际情况，改变车辙板13的级配、固体颗粒污染物的覆盖密度、降雨强度和降雨持时、滚轮26的运行速度及运行次数等参数，可模拟不同初始工况下沥青路面存在颗粒污染物的冲刷状态。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，包括：储水桶（2）、模拟降雨组件、路面模拟组件、沉沙桶（16）、图像采集组件和动载模拟组件；
所述储水桶（2）的内底面设置有潜水泵（1），所述储水桶（2）的内部填充有水；
所述模拟降雨组件包含输水管（3），所述输水管（3）的一端与所述潜水泵（1）的出水口连接，所述输水管（3）的另一端设置有喷淋头（6）；
所述路面模拟组件包含四条竖直的第一支撑腿（8），四条所述第一支撑腿（8）的顶端水平设置有上开口的试验箱（9），所述试验箱（9）的内底部设置有楔形块（10），所述楔形块（10）的上表面竖直设置有四条第二支撑腿（11），四条所述第二支撑腿（11）的顶端设置倾斜的承载槽（12），所述承载槽（12）较低的一端设置有排沙口（30），所述承载槽（12）内设置有车辙板（13），所述车辙板（13）的上表面设置有固体颗粒污染物层（14），所述喷淋头（6）位于所述固体颗粒污染物层（14）的正上方，所述沉沙桶（16）位于所述排沙口（30）的下方；所述排沙口（30）设置有聚流板（15），所述聚流板（15）的两侧分别竖直向上设置有挡板（27）；
所述图像采集组件包含第一竖直固定杆（17）、摄像机（18）和计算机；所述摄像机（18）设置在所述第一竖直固定杆（17）的顶端，所述摄像机（18）的输出端与所述计算机的输入端连接；通过摄像机（18）观测路表水流的流动状态；
所述动载模拟组件包含两个竖直设置在所述试验箱左右两侧的Y型支撑杆（19）和驱动电机（23）；所述Y型支撑杆（19）的顶部平行设置有两根滑轨（20），靠近每根所述滑轨（20）的左右两端分别依次设置有挡块（21）和限位部（22）；所述驱动电机（23）的外壳的底部设置有分别与两根所述滑轨（20）相匹配的两组滑动轮（24），所述驱动电机（23）的输出轴贯穿所述驱动电机（23）的外壳的底部且连接有第二竖直固定杆（25），所述第二竖直固定杆（25）的底端设置有滚轮（26），所述驱动电机（23）用于驱动所述滚轮（26）沿所述固体颗粒污染物层（14）的上表面左右滚动；
每个所述限位部（22）包含底部开口的中空楔形外壳（221），所述中空楔形外壳（221）的低端的底部铰接在所述滑轨（20）的上表面，所述中空楔形外壳（221）的高端的底部贯穿所述滑轨（20）且可沿所述滑轨（20）上下移动，所述中空楔形外壳（221）的内部设置有弹簧（222），所述弹簧（222）的两个底端分别固定在所述滑轨（20）的上表面，所述弹簧（222）的顶端固定在所述中空楔形外壳（221）的内顶面。
2.根据权利要求1所述的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，所述输水管（3）上设置有流量控制阀（4）和涡轮流量计（5）。
3.根据权利要求1所述的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，所述喷淋头（6）的下表面设置有多个喷嘴（7）。
4.根据权利要求1所述的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，每条所述第二支撑腿（11）的长度可伸缩。
5.根据权利要求4所述的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，所述第二支撑腿（11）包含外套管（112）和内套管（111），所述内套管（111）可沿所述外套管（112）的长度方向上下移动；
所述外套管（112）的侧壁上从上至下依次等间距设置有多个第一通孔，所述内套管（111）的侧壁上从上至下依次等间距设置有多个第二通孔，每个所述第二通孔与每个所述第一通孔通过紧固插销固定连接。
6.根据权利要求1所述的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，所述试验箱（9）为亚克力材质。
7.根据权利要求1所述的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，所述中空楔形外壳（221）的侧面上设置有拉环（223）。
8.根据权利要求1所述的模拟雨水冲刷沥青路表固体颗粒污染物的装置，其特征在于，还包括：井字形隔板（29），所述井字形隔板（29）可置于所述车辙板（13）的上表面，用于将所述车辙板（13）的表面分割成多个区域。
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| CN114486640B (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-17 | 西南交通大学 | 一种基于图像处理的超疏水表面自清洁效果定量测定装置 |
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3302952A1 (de) * | 1983-01-29 | 1984-08-02 | Volkswagenwerk Ag, 3180 Wolfsburg | Strassensimulationspruefstand |
| CN203053832U (zh) * | 2013-01-31 | 2013-07-10 | 黑龙江省交通科学研究所 | 一种轮碾式基层材料冲刷试验装置 |
| KR101354452B1 (ko) * | 2013-06-24 | 2014-01-27 | (주)웸스 | Ｌｉｄ 기술 검증용 소형―다중 강우―유출 모사기 |
| CN204630894U (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-09 | 云南省交通规划设计研究院 | 一种排水沥青路面水文模拟装置 |
| CN205426738U (zh) * | 2015-12-19 | 2016-08-03 | 长安大学 | 一种ogfc模拟降雨的装置及透水性能测试仪 |
| CN106093360A (zh) * | 2016-08-01 | 2016-11-09 | 山西省交通科学研究院 | 一种模拟降雨的沥青路面车辙试验仪及其试验方法 |
| CN206132528U (zh) * | 2016-11-11 | 2017-04-26 | 长安大学 | 一种模拟疲劳荷载与动水冲刷作用下的试验仪 |
| CN206772740U (zh) * | 2017-03-08 | 2017-12-19 | 长安大学 | 一种路面雨水冲刷与荷载耦合作用模拟装置 |
| CN111208031A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-05-29 | 云南省交通规划设计研究院有限公司 | 一种排水性沥青混合料抗堵塞性能测定仪及计算方法 |
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3302952A1 (de) * | 1983-01-29 | 1984-08-02 | Volkswagenwerk Ag, 3180 Wolfsburg | Strassensimulationspruefstand |
| CN203053832U (zh) * | 2013-01-31 | 2013-07-10 | 黑龙江省交通科学研究所 | 一种轮碾式基层材料冲刷试验装置 |
| KR101354452B1 (ko) * | 2013-06-24 | 2014-01-27 | (주)웸스 | Ｌｉｄ 기술 검증용 소형―다중 강우―유출 모사기 |
| CN204630894U (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-09 | 云南省交通规划设计研究院 | 一种排水沥青路面水文模拟装置 |
| CN205426738U (zh) * | 2015-12-19 | 2016-08-03 | 长安大学 | 一种ogfc模拟降雨的装置及透水性能测试仪 |
| CN106093360A (zh) * | 2016-08-01 | 2016-11-09 | 山西省交通科学研究院 | 一种模拟降雨的沥青路面车辙试验仪及其试验方法 |
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