CN113984546B - 一种测量道路层间剪切强度的试验机和试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供测量道路层间剪切强度的试验机，包括地脚装置、剪切力加载装置和压头装置，地脚装置可沿竖直方向调节高度，地脚装置之间安装设有剪切力加载装置和压头装置，剪切力加载装置和压头装置在水平方向上可移动，剪切力加载装置设置于压头装置的侧面。本发明的有益效果是:本方试验机与试验方法操作方便，步骤简单，适合在复杂的施工道路上进行多点位测试,并且弥补了现有测量层间剪切强试验机无法在复杂施工道路现场高效使用的空白。

Description

一种测量道路层间剪切强度的试验机和试验方法

技术领域

本发明涉及道路层间剪切强度测量领域，更具体地说涉及一种测量道路层间剪切强度的试验机和试验方法。

背景技术

我国公路工程长期以来受“强基薄面”指导思想的影响，路面类型多为半刚性基层沥青路面。但半刚性基层和沥青面层之间的强度模量相差较大，变形时协调性较差，如果层间不进行任何黏结处理，建立一个等于或大于层间所受剪力的条件，基层与面层的结合面就会成为路面结构中的一个薄弱位置，难以承受水平方向的剪切力，从而使沥青面层在结合面发生位移，严重时形成滑移、推挤和拥包等病害。所以需要有针对性地进行半刚性基层与沥青面层层间结合状态的力学分析，结合室内和现场试验，分析不同因素(材料种类、乳化沥青洒布量、界面粗糙程度、界面干净程度、半刚性基层潮湿度等)对层间结构强度的影响因素，提出层间参数的测定方法和评价指标，评价稀浆封层与同步碎石封层两种技术的适用场景，为相关技术规范或规程的修订提供依据。

但目前国内外试验测试层间抗剪强度的实验机器(UTM)体积大、组装与搬运不便、测试效率低，且实际道路现场路面不平整，或存在坡度，目前的试验机不适合在施工道路现场进行测试。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种测量道路层间剪切强度的试验机和试验方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

测量道路层间剪切强度的试验机，包括地脚装置、剪切力加载装置和压头装置，所述地脚装置可沿竖直方向调节高度，所述地脚装置之间安装设有所述剪切力加载装置和所述压头装置，所述剪切力加载装置和所述压头装置在水平方向上可移动，所述剪切力加载装置设置于所述压头装置的侧面。

优选地，所述地脚装置包括支撑板和地脚支撑，所述支撑板可沿竖直方向上下移动地设置在所述地脚支撑上。

由上述任一方案优选的是，所述支撑板上设有连接孔，所述地脚支撑上设有长条开口，所述长条开口与所述连接孔内可活动地插入螺栓杆。

由上述任一方案优选的是，所述地脚装置包括水平地脚支撑零件和竖直地脚支撑零件，所述水平地脚支撑零件与所述竖直地脚支撑零件互相垂直设置，所述竖直地脚支撑零件上设有长条开口，所述水平地脚支撑零件包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板的侧壁上均设有连接口，该连接口内插设有螺栓以实现所述第一连接板和所述第二连接板的拼接，所述第一连接板与所述第二连接板二者的拼接处设有小孔，该小孔内穿过射钉以实现所述地脚装置与地面的固定。

由上述任一方案优选的是，所述剪切力加载装置和所述压头装置均设置在滑轨上以实现二者沿水平方向上移动，所述滑轨的两端设置在所述支撑板上。

由上述任一方案优选的是，所述剪切力加载装置包括力传感器、千斤顶和固定板，所述千斤顶、所述力传感器的后座和力传感器的接触头位于同一水平面，所述固定板上靠近所述千斤顶的一端安放所述力传感器的后座，所述固定板的另一端安放所述力传感器的接触头，所述固定板可滑动的设置在所述滑轨上。

由上述任一方案优选的是，所述压头装置包括滑块和压头，所述滑块可移动的设置在所述滑轨上，所述滑块上安装有所述压头，所述压头与所述力传感器的接触头和位移传感器位于同一水平线上，所述压头的两侧分别与所述力传感器的接触头和位移传感器的接触头相接触。

由上述任一方案优选的是，所述压头上剖出平面，所述力传感器的接触头、所述位移传感器与所述平面实现点面接触。

一种利用测量道路层间剪切强度的试验机的试验方法，包括如下步骤：

步骤一，选取多个测量位置，在选好的封层铺筑完成处，切割出1cm，直径100mm的环形凹槽；

步骤二，将钢套粘接在环形凹槽内；

步骤三，将压头放入到钢套内，调节千斤顶、力传感器的接触头、压头和位移传感器在同一水平位置，且压头的两端分别与力传感器的接触头和位移传感器相接触，力传感器的后座与千斤顶的活塞杆相接触；

步骤四，调节地脚装置的高度，将地脚装置固定在地面上；

步骤五，将力传感器与位移传感器通过双通道采集器与上位机连接；

步骤六，手动对千斤顶进行加压，使千斤顶的活塞杆伸出，推动力传感器接触头与压头不断接触，增大剪切力，同时观察电脑记录的数据，直至压头与地面连接断开，停止测试，记录当前数据。

优选地，所述步骤四中，地脚装置的高度的调节通过上下移动支撑板来调节其相对于地脚支撑的位置，随后插入螺栓杆实现支撑板与地脚支撑的连接，用射钉枪将地脚支撑固定到地面上。

本发明的有益效果为：

地脚装置通过射钉枪将其定在路面上，当某一点测量完需要移动位置时，只需把水平地脚支撑零件上的螺栓拧开便可实现第一连接板、第二连接板的分开，此时钉子留在地下，地脚装置可实现拆走，方便地脚装置的移动；

地脚支撑上设有U形槽，通过U型槽与螺栓可以进行设备整体高度的调节；

设有位移传感器，位移传感器的数值辅助判断力的峰值；

千斤顶、力传感器的后座、力传感器的接触头和压头位于同一水平面，保证剪切力的水平；

压头、力传感器均通过滑轨设置，在受到水平推力的时候可以保证二者沿水平方向移动；

本发明可以在施工现场使用，不破坏路面，适应各种路面不平整或者存在坡度的路况，本发明试验机与试验方法操作方便，步骤简单，弥补了现有测量层间剪切强试验机无法在复杂施工道路现场高效使用的空白。

附图说明

图1为试验机结构图；

图2为试验机零件地脚支撑图；

图3为试验机零件压头图；

图4为层间抗剪切强度试验系统整体图；

图中：

1、水平地脚支撑零件；2、竖直地脚支撑零件；3、千斤顶；4、力传感器的后座；

5、力传感器；6、力传感器的接触头；7、压头；8、位移传感器；9、右侧支撑板；

10、滑轨；11、滑块；12、固定板；13、左侧支撑板；14、螺栓杆；

15、螺栓；16、第一连接板；17、第二连接板；18、小孔；19、长条开口；

20、平面；21、上位机；22、采集器；23、本装置；24、直线轴承。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图4所示一种测量层间抗剪切强度试验机系统，包括三部分组成：本装置23、采集器22和上位机21，通过双通道采集器22把采集到的数据上传到上位机21的电脑中，进行实时测量。该试验机长92.2cm、宽24cm、高20.4cm，尺寸小，方便搬运。

如图1所示测量道路层间剪切强度的试验机，包括地脚装置、剪切力加载装置和压头装置，地脚装置可沿竖直方向调节高度，地脚装置之间安装设有所述剪切力加载装置和所述压头装置，所述剪切力加载装置和所述压头装置在水平方向上可移动，所述剪切力加载装置设置于所述压头装置的侧面。优选地，地脚装置的个数为2个。

如图2所示左侧的地脚装置包括左侧支撑板13和地脚支撑，左侧支撑板13可沿竖直方向上下移动地设置在所述地脚支撑上，右侧的地脚装置包括右侧支撑板9和地脚支撑，右侧支撑板9可沿竖直方向上下移动地设置在所述地脚支撑上。优选地，所述地脚支撑与左侧支撑板13、所述地脚支撑与右侧支撑板9均通过内6角度M6螺栓进行连接，6角度M6螺栓方便拿取，所述地脚支撑共计4个。

左侧支撑板13和右侧支撑板9上均设有连接孔，所述地脚支撑上设有长条开口19，长条开口19与所述连接孔内可活动地插入螺栓杆14。

靠近右侧支撑板9的底部处设有回型钢25，回型钢25上设有位移传感器8。

地脚装置包括水平地脚支撑零件1和竖直地脚支撑零件2，水平地脚支撑零件1与竖直地脚支撑零件2互相垂直设置，竖直地脚支撑零件2上设有长条开口19，水平地脚支撑零件1包括第一连接板16和第二连接板17，第一连接板16和第二连接板17的侧壁上均设有连接口，该连接口内插设有螺栓15以实现第一连接板16和第二连接板17的拼接，第一连接板16与第二连接板17二者的拼接处设有小孔18，该小孔18内穿过射钉以实现地脚装置与地面的固定。

所述剪切力加载装置和所述压头装置均设置在滑轨10上以实现二者沿水平方向上移动，滑轨10的两端设置在支撑板13上。

所述剪切力加载装置包括力传感器5、千斤顶3和固定板12，千斤顶3、力传感器的后座4和力传感器的接触头6位于同一水平面，所述固定板上靠近所述千斤顶3的一端安放力传感器的后座4，固定板12的另一端安放力传感器的接触头6，固定板12可滑动的设置在滑轨10上。力传感器5还设有配重块，使传感器后座4的重量与力传感器5加上力传感器的接触头6的重量一样，保证了板两侧重量一样，保证剪切力的水平。

所述压头装置包括滑块11和压头7，滑块11可移动的设置在滑轨10上，滑块11上安装有压头7，压头7与力传感器的接触头6和位移传感器8位于同一水平线上，压头7的两侧分别与力传感器的接触头6和位移传感器8相接触。在导轨10与滑块11的接触处还设有直线轴承24，导轨10和左侧的支撑板13的接触处也设有直线轴承24，直线轴承24保证水平方向的是推力，而不是被推翻产生的移动。

如图3所示压头7上剖出平面20，力传感器的接触头6、位移传感器8的接触头与平面20实现点面接触。

如图1所示千斤顶3放置于左侧的支撑板13上的千斤顶放置板上，千斤顶3的活塞杆与力传感器的后座4对中接触，接触为点面，所述力传感器后座4通过自身M12螺栓杆穿过力固定板12上Φ＝14的通孔，与力传感器5自带的M12螺纹孔连接，所述力传感器接的触头6，通过自身M12螺栓杆与力传感器自带的M12螺纹孔连接，力传感器接的触头6前端与压头7接触，压头7通过4个M10内六角螺栓与滑块11连接，所述位移传感器8固定在右侧支撑板13上的回型钢上，位移传感器8接触头与压头7接触，滑轨10穿过力传感器固定板12与滑块11上的两个通孔，通过滑轨杆两侧自带的M10螺栓杆与左右两侧支撑板13上M10螺纹孔进行连接，把整体装置串联固定起来。

如图4所示一种利用测量道路层间剪切强度的试验机的试验方法，包括如下步骤：

步骤一，选取多个测量位置，在选好的封层铺筑完成处，切割出1cm，直径100mm的环形凹槽；

步骤二，将钢套粘接在环形凹槽内，即在环形凹槽中间涂抹20gAB胶，将钢套放置其上，等待10-15min；

步骤三，将压头7放入到钢套内，调节千斤顶3、力传感器的接触头6、压头7和位移传感器8在同一水平位置，且压头7的两端分别与力传感器的接触头6和位移传感器8相接触，力传感器的后座4与千斤顶3的活塞杆相接触；

步骤四，调节地脚装置的高度，将地脚装置固定在地面上；所述步骤四中，地脚装置的高度的调节通过上下移动支撑板13来调节其相对于地脚支撑9的位置，随后插入螺栓15杆实现支撑板13与地脚支撑的连接，用射钉枪将本装置23的地脚支撑固定到地面上；

步骤五，将力传感器5与位移传感器8通过双通道采集器22与上位机21连接；

步骤六，手动对千斤顶3进行加压，使千斤顶3的活塞杆伸出，推动力传感器的接触头6与压头7不断接触，增大剪切力，同时观察电脑记录的数据，直至压头7与地面连接断开，停止测试，记录当前数据。

检测完毕后，打开地脚支撑处的螺栓，将试验机拿到下一个点位，重复以上操作，直到测量完实现选好的所有点位。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种测量道路层间剪切强度的试验机，其特征在于：包括地脚装置、剪切力加载装置和压头装置，所述地脚装置可沿竖直方向调节高度，所述地脚装置之间安装所述剪切力加载装置和所述压头装置，所述剪切力加载装置和所述压头装置在水平方向上可移动，所述剪切力加载装置设置于所述压头装置的侧面；

所述地脚装置包括支撑板和地脚支撑，所述支撑板可沿竖直方向上下移动地设置在所述地脚支撑上；

所述剪切力加载装置和所述压头装置均设置在滑轨上以实现二者沿水平方向上移动，所述滑轨的两端设置在所述支撑板上；

所述剪切力加载装置包括力传感器、千斤顶和固定板，所述千斤顶、所述力传感器的后座和力传感器的接触头位于同一水平面上，所述固定板上靠近所述千斤顶的一端安放所述力传感器的后座，所述固定板的另一端安放所述力传感器的接触头，所述固定板可滑动地设置在所述滑轨上；

所述压头装置包括滑块和压头，所述滑块可移动地设置在所述滑轨上，所述滑块上安装所述压头，所述压头与所述力传感器的接触头和位移传感器位于同一水平线上，所述压头的两侧分别与所述力传感器的接触头和位移传感器的接触头相接触；

在道路的封层上切割一个环形凹槽，将钢套粘接在环形凹槽内，将压头放入到钢套内。

2.根据权利要求1所述的测量道路层间剪切强度的试验机，其特征在于：所述支撑板上设有连接孔，所述地脚支撑上设有长条开口，所述长条开口与所述连接孔内可活动地插入螺栓杆。

3.根据权利要求2所述的测量道路层间剪切强度的试验机，其特征在于：所述地脚装置包括水平地脚支撑零件和竖直地脚支撑零件，所述水平地脚支撑零件与所述竖直地脚支撑零件互相垂直设置，所述竖直地脚支撑零件上设有长条开口，所述水平地脚支撑零件包括第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板的侧壁上均设有连接口，该连接口内插设有螺栓以实现所述第一连接板和所述第二连接板的拼接，所述第一连接板与所述第二连接板二者的拼接处设有小孔，该小孔内穿过射钉以实现所述地脚装置与地面的固定。

4.根据权利要求1所述的测量道路层间剪切强度的试验机，其特征在于：所述压头上剖出平面，所述力传感器的接触头、所述位移传感器与所述平面实现点面接触。

5.一种测量道路层间剪切强度的试验方法，其特征在于：使用权利要求1-4中任一项所述的测量道路层间剪切强度的试验机，包括如下步骤：

步骤一，选取多个测量位置，在选好的封层铺筑完成处，切割出1cm，直径100mm的环形凹槽；

步骤二，将钢套粘接在环形凹槽内；

步骤三，将压头放入到钢套内，调节千斤顶、力传感器的接触头、压头和位移传感器在同一水平位置，且压头的两端分别与力传感器的接触头和位移传感器相接触，力传感器的后座与千斤顶的活塞杆相接触；

步骤四，调节地脚装置的高度，将地脚装置固定在地面上；

步骤五，将力传感器与位移传感器通过双通道采集器与上位机连接；

步骤六，手动对千斤顶进行加压，使千斤顶的活塞杆伸出，推动力传感器接触头与压头不断接触，增大剪切力，同时观察电脑记录的数据，直至压头与地面连接断开，停止测试，记录当前数据。

6.根据权利要求5所述的测量道路层间剪切强度的试验方法，其特征在于：所述步骤四中，地脚装置的高度的调节通过上下移动支撑板来调节其相对于地脚支撑的位置，随后插入螺栓杆实现支撑板与地脚支撑的连接，用射钉枪将地脚支撑固定到地面上。