CN113686858B - 一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，涉及道路工程技术领域，采用方案包括：采集路面表面纹理构造；获取不同波长的功率谱密度PSD，绘制波长‑功率谱密度PSD曲线，获取路面波长的功率谱密度峰值和实际微观纹理构造深度ETD实测；设定阈值，比较功率谱密度峰值与该阈值的大小，评价路面在降水状态下的抗滑能力；已知ETD基准1、ETD基准2、ETD实测，计算路面理论覆冰抗滑能力保有率；检测路面覆冰厚度，计算ETD实测与覆冰厚度的差值；设定阈值，比较前述差值与该阈值的大小，评价路面在覆冰状态下的抗滑能力；基于前述参数，评价降水或覆冰环境下路面的抗滑性能。本发明可以有效表征路面在覆冰、降水状态下路面抗滑能力。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，具体的说是一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法。
背景技术
路面的抗滑能力是指反映道路路面能否防止车轮滑溜，保证行车安全的重要指标。路面抗滑性能取决于表面纹理结构，表面纹理分为微观纹理结构、宏观纹理结构。目前，对于路面微观纹理结构，采用集料的磨光值(PSV)进行表征，该试验需要采用环氧树脂固化集料，金刚砂反复水磨集料，耗时10h以上，且评价的仅是集料原材料，无法对已经铺筑服役的实际路面进行评价；宏观纹理则以人工铺砂仪测定的构造深度进行表征，但是大量研究发现，人工铺砂法测定的路面构造深度与路面抗滑性能关联程度小，在评价路面抗滑效果时常常失效。
目前，国际上对于已铺筑的路面采用摆式摩擦仪、横向力系数测定车测定路表摩阻系数来评价路面抗滑能力，测定的指标物理意义明确，是对路面抗滑性能的直接评价，上述指标在世界范围内被广泛采用，效果显著。但不足的是，受限于测试要求，上述方法仅用于评价路面在降水状态下的抗滑能力，对于服役路面在覆冰状态下的抗滑能力无法及时测定，当覆冰天气来临，无法及时发出路面安全预警，造成很大的安全隐患。
发明内容
本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法。
本发明的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其实现过程包括：
步骤S1、采用激光纹理扫描仪采集路面的表面纹理构造；
步骤S2、采用倍频程分析，设置低通滤波方式，获取不同波长的功率谱密度PSD，并进一步绘制波长-功率谱密度PSD曲线；
步骤S3、基于波长-功率谱密度PSD曲线，获取0.5mm-1mm低通滤波下路面波长的功率谱密度峰值，获取0.5mm-1mm高通滤波下路面实际微观纹理构造深度ETD实测；
步骤S4、设定抗滑阈值一，比较路面波长的功率谱密度峰值与抗滑阈值一的大小，评价路面在降水状态下的抗滑能力；
步骤S5、已知路面初始微观构造深度基准值ETD基准1、路面最终微观构造深度基准值ETD基准2、路面实际微观纹理构造深度ETD实测的前提下，利用公式(ETD实测-ETD基准2)/(ETD基准1-ETD基准2)×100，计算路面理论覆冰抗滑能力保有率；
步骤S6、通过路面遥感探测器实际检测路面的覆冰厚度，计算路面实际微观纹理构造深度ETD实测与覆冰厚度的差值；设定抗滑阈值二，比较前述差值与抗滑阈值二的大小，评价路面在覆冰状态下的抗滑能力；
步骤S7、选取步骤S4得到的参数，评价降水环境下路面的抗滑性能，选取步骤S5和步骤S6得到的参数，评价覆冰环境下路面的抗滑性能。
执行步骤S2时，采用倍频程分析，设置0.5mm-1mm低通滤波方式，获取不同波长的功率谱密度PSD。
执行步骤S4时，设定抗滑阈值一为0.10mm2/mm；
路面波长的功率谱密度峰值大于0.10mm2/mm时，将路面的降水抗滑性能评价为优良；
路面波长的功率谱密度峰值小于0.10mm2/mm时，将路面的降水抗滑性能评价为不良。
执行步骤S5时，以0.230mm作为路面初始微观构造深度基准值ETD基准1，以0.200mm作为路面最终微观构造深度基准值ETD基准2。
执行步骤S6时，通过路面遥感探测器实际检测路面的覆冰厚度。
执行步骤S6时，设定抗滑阈值二为0.13mm；
路面实际微观纹理构造深度ETD实测与覆冰厚度的差值大于0.13mm时，将路面的覆冰抗滑性能评价为优良；
路面实际微观纹理构造深度ETD实测与覆冰厚度的差值小于0.13mm时，将路面的覆冰抗滑性能评价为不良。
执行步骤S1时，激光纹理扫描仪至少采集三段相同长度路面的表面纹理构造，随后分别执行步骤S2-步骤S7。
本发明的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明通过一次实验便可以有效表征路面在覆冰、降水状态下路面抗滑能力，可以广泛用于路面混合料设计、施工及运营等不同阶段的混凝土路面抗滑能力评价，实用性强，推广价值高。
附图说明
附图1是实施例一采用激光纹理扫描仪采集路面A的表面纹理构造图；
附图2是实施例一采用激光纹理扫描仪采集路面B的表面纹理构造图；
附图3是实施例一采用激光纹理扫描仪采集路面C的表面纹理构造图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例一：
本实施例提出一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其实现过程包括：
步骤S1、采用激光纹理扫描仪采集路面A、路面B、路面C的表面纹理构造，如附图1、2、3。路面A、路面B、路面C的长度相同。
步骤S2、采用倍频程分析，设置1mm低通滤波方式，获取不同波长的功率谱密度PSD，如下表1，并进一步绘制波长-功率谱密度PSD曲线。
表1
| 波长(mm) | 路面A | 路面B | 路面C |
| 146.0857 | — | 0.004361 | — |
| 73.04284 | 0.029 | 0.009911 | 1.94189E-05 |
| 36.52142 | 0.140 | 0.052666 | 3.80694E-05 |
| 18.26071 | 0.368 | 0.115742 | 0.000105373 |
| 9.130355 | 1.030 | 0.310626 | 0.000264037 |
| 4.565177 | 1.753 | 0.401015 | 0.000923045 |
| 2.282589 | 1.551 | 0.33252 | 0.00241578 |
| 1.141294 | 0.977 | 0.276679 | 0.002828262 |
| 0.570647 | 0.035 | 0.233457 | 9.72427E-05 |
| 0.285324 | 0.000 | 0.224563 | 4.47771E-08 |
| 0.142662 | 0.000 | 0.182581 | 4.84438E-11 |
| 峰值max | 1.751 | 0.4010 | 0.0028 |
| 摆式摩擦系数(BPN) | 75 | 58 | 27 |
其中，摆式摩擦系数是由摆式摩擦仪测定的。摆式摩擦仪与T2GO便携式连续摩擦系数测定仪均可用于路面抗滑性能的测定，不同的是由于摆式摩擦仪在覆冰状态下，测定值不准确，因此采用摆式摩擦仪测定降水状态下抗滑，T2GO便携式连续摩擦系数测定仪用于覆冰状态下抗滑测定。
步骤S3、基于波长-功率谱密度PSD曲线，获取1mm低通滤波下路面波长的功率谱密度峰值，获1mm高通滤波下路面实际微观纹理构造深度ETD实测，如下表2。
表2
| 参数 | 路面A | 路面B | 路面C |
| ETD实测 | 0.233 | 0.211 | 0.201 |
步骤S4、设定抗滑阈值一为0.10mm2/mm，比较路面波长的功率谱密度峰值与抗滑阈值一的大小，评价路面在降水状态下的抗滑能力：
(a)路面波长的功率谱密度峰值大于0.10mm2/mm时，将路面的降水抗滑性能评价为优良；
(b)路面波长的功率谱密度峰值小于0.10mm2/mm时，将路面的降水抗滑性能评价为不良。
由表1可知：
(I)针对路面A，1mm低通滤波下路面波长的功率谱密度峰值为1.751mm2/mm，判定路面在降水状态下的抗滑性能优良；经摆式摩擦试验验证，摆式摩擦系数为75BPN，判定准确。
(II)针对路面B，1mm低通滤波下路面波长的功率谱密度峰值为0.4010mm2/mm，判定路面在降水状态下的抗滑性能优良；经摆式摩擦试验验证，摆式摩擦系数为75BPN，判定准确。
(III)针对路面C，1mm低通滤波下路面波长的功率谱密度峰值为0.0028mm2/mm，判定路面在降水状态下的抗滑性能不良；经摆式摩擦试验验证，摆式摩擦系数为27BPN，判定准确。
步骤S5、已知路面初始微观构造深度基准值ETD基准1、路面最终微观构造深度基准值ETD基准2、以及路面A、路面B、路面C的实际微观纹理构造深度ETD实测的前提下，利用公式(ETD实测-ETD基准2)/(ETD基准1-ETD基准2)×100，分别计算路面A、路面B、路面C的理论覆冰抗滑能力保有率，具体计算结果如表3所示。具体的，以0.230mm作为路面初始微观构造深度基准值ETD基准1，以0.200mm作为路面最终微观构造深度基准值ETD基准2。
表3
由表3显示，相对于行业路面基准覆冰抗滑能力，路面A的理论覆冰抗滑能力保有率为110.0％，优于行业平均能力，覆冰抗滑性能好；路面B的理论覆冰抗滑能力保有率只达到原基准能力的36.7％，潜在覆冰抗滑性能严重下降；路面C的理论覆冰抗滑能力保有率仅为基准能力的3.3％，覆冰抗滑性能几乎完全损失。
步骤S6、通过路面遥感探测器实际检测路面A、路面B、路面C的覆冰厚度，分别计算路面A、路面B、路面C的实际微观纹理构造深度ETD实测与覆冰厚度的差值。设定抗滑阈值二为0.13mm，，比较前述差值与抗滑阈值二的大小，评价路面在覆冰状态下的抗滑能力，具体如表4所示。
表4
其中，摩擦系数由T2GO便携式连续摩擦系数测定仪测定，变异系数就是摩擦系数数据标准差与平均值之比，用于说明数据的波动程度。由表4可知：路面A抗滑良好，摩擦系数最大，摩擦系数变异系数小，即抗滑稳定；路面B，摩擦系数变异系数大，即抗滑性能波动最大；路面C，摩擦系数变异系数小，即抗滑性能波动小，但是摩擦系数小，抗滑不良。
步骤S7、选取步骤S4得到的参数，评价降水环境下路面的抗滑性能，选取步骤S5和步骤S6得到的参数，评价覆冰环境下路面的抗滑性能。
综上可知，采用本发明的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，通过一次实验便可以有效表征路面在覆冰、降水状态下路面抗滑能力，可以广泛用于路面混合料设计、施工及运营等不同阶段的混凝土路面抗滑能力评价，实用性强，推广价值高。
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其特征在于,其实现过程包括：
步骤S1、采用激光纹理扫描仪采集路面的表面纹理构造；
步骤S2、采用倍频程分析，设置低通滤波方式，获取不同波长的功率谱密度PSD，并进一步绘制波长-功率谱密度PSD曲线；
步骤S3、基于波长-功率谱密度PSD曲线，获取0.5mm-1mm低通滤波下路面波长的功率谱密度峰值，获取0.5mm-1mm高通滤波下路面实际微观纹理构造深度ETD实测；
步骤S4、设定抗滑阈值一，比较路面波长的功率谱密度峰值与抗滑阈值一的大小，评价路面在降水状态下的抗滑能力；
步骤S5、已知路面初始微观构造深度基准值ETD基准1、路面最终微观构造深度基准值ETD基准2、路面实际微观纹理构造深度ETD实测的前提下，利用公式(ETD实测-ETD基准2)/(ETD基准1-ETD基准2)×100，计算路面理论覆冰抗滑能力保有率；
步骤S6、通过路面遥感探测器实际检测路面的覆冰厚度，计算路面实际微观纹理构造深度ETD实测与覆冰厚度的差值；设定抗滑阈值二，比较前述差值与抗滑阈值二的大小，评价路面在覆冰状态下的抗滑能力；
步骤S7、选取步骤S4得到的参数，评价降水环境下路面的抗滑性能，选取步骤S5和步骤S6得到的参数，评价覆冰环境下路面的抗滑性能。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其特征在于，执行步骤S2时，采用倍频程分析，设置0.5mm-1mm低通滤波方式，获取不同波长的功率谱密度PSD。
3.根据权利要求1所述的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其特征在于，执行步骤S4时，设定抗滑阈值一为0.10mm2/mm；
路面波长的功率谱密度峰值大于0.10mm2/mm时，将路面的降水抗滑性能评价为优良；
路面波长的功率谱密度峰值小于0.10mm2/mm时，将路面的降水抗滑性能评价为不良。
4.根据权利要求1所述的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其特征在于，执行步骤S5时，以0.230mm作为路面初始微观构造深度基准值ETD基准1，以0.200mm作为路面最终微观构造深度基准值ETD基准2。
5.根据权利要求1所述的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其特征在于，执行步骤S6时，通过路面遥感探测器实际检测路面的覆冰厚度。
6.根据权利要求1所述的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其特征在于，执行步骤S6时，设定抗滑阈值二为0.13mm；
路面实际微观纹理构造深度ETD实测与覆冰厚度的差值大于0.13mm时，将路面的覆冰抗滑性能评价为优良；
路面实际微观纹理构造深度ETD实测与覆冰厚度的差值小于0.13mm时，将路面的覆冰抗滑性能评价为不良。
7.根据权利要求1所述的一种基于表面纹理构造的路面抗滑性能评价方法，其特征在于，执行步骤S1时，激光纹理扫描仪至少采集三段相同长度路面的表面纹理构造，随后分别执行步骤S2-步骤S7。
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