CN114324076A - 一种级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，涉及路面服役性能测量领域。该装置由级配碎石装载模型箱、级配碎石表面动荷加载模块、孔隙水压测量模块、同步动力测试模块、级配碎石表面位移测量模块、级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块构成。将级配碎石分层填筑于所述级配碎石装载模型箱，用所述级配碎石表面动荷加载模块给级配碎石施加循环动力荷载，同时，启动本发明装置的其他模块，分别用来监测级配碎石基层孔隙的水压变化、动力加载变化值、表面位移和级配碎石特征细观颗粒的轮廓运动轨迹。采用本装置可在室内对碎石透水基层颗粒施加动态循环荷载，模拟级配碎石透水基层服役过程中面层传递来的车辆循环荷载作用。

Description

一种级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置

技术领域

本发明涉及路面服役性能测量领域，特别涉及海绵城市中级配碎石透水基层服役性能测试研究技术领域，具体是一种级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置。

背景技术

透水路面是海绵城市建设的重要措施，室内检测透水路面用透水基层颗粒迁移状态有助于探寻级配碎石透水基层服役性能劣化的根本原因，从而研究提升级配碎石透水基层抗累积变形能力关键技术。透水路面用透水基层常处于潮湿有水环境中。首先，水的存在致使集料颗粒间形成混合润滑接触状态，较干燥状态下削弱了碎石透水基层内部集料颗粒间微观接触作用。其次，面层传来的车辆循环荷载作用下，集料颗粒表面受到循环微动荷载作用，颗粒表面微接触峰产生疲劳断裂。集料颗粒接触面间混合润滑效应及流体包裹颗粒滚滑效应共同作用，很大程度上削弱了集料颗粒间微观接触作用，引起集料颗粒细观几何组构状态改变，导致碎石透水基层产生过大的宏观累积变形，严重时还会导致透水路面面层发生剪切破坏或疲劳破坏，致使透水路面出现结构性破坏。如何提高在渗入基层的水及面层传来的车辆循环荷载共同作用下级配碎石透水基层抗累积变形能力，是其能否成功应用于长寿命海绵城市透水路面基层的关键。

因此在室内开展级配碎石透水基层颗粒间摩擦迁移试验研究，有助于探寻级配碎石透水基层服役性能劣化的根本原因，从而研究提升级配碎石透水基层抗累积变形能力关键技术。但是目前还未找到成熟且广泛应用的级配碎石透水基层颗粒在水-荷共同作用下迁移测量装置。

基于上述问题，本发明提供了级配碎石透水基层颗粒迁移测量系统置，该装置结构简单、易于操作、结构各部件互不影响，可以实现模拟级配碎石透水基层服役过程中在面层传递来的车辆循环荷载作用下，用于研究在碎石透水基层在水和循环荷载的共同作用下内部细观集料颗粒的时变特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级配碎石透水基层细观颗粒迁移测量装置，用于模拟级配碎石透水基层服役过程中面层传递来的车辆循环荷载作用下，级配碎石透水基层细观颗粒的时变特性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种级配碎石透水基层细观颗粒迁移测量装置，具体包括如下结构。

所述级配碎石装载模型箱，由四块0.5cm厚钢板焊接和一块镶嵌的透明可视窗构成的矩形容器，底板和三个壁面采用钢板制成，所述级配碎石装载模型箱用于装载级配碎石透水基层颗粒，模拟透水基层结构。

进一步的，所述可视窗，采用2cm厚高强高透明有机玻璃板和一块透明钢化膜制成，所述钢化膜贴于所述可视窗内壁面，所述可视窗用于所述级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块实时监测碎石透水基层颗粒运动状态，所述钢化膜用于保护所述可视窗的清晰度，防止级配碎石颗粒在动力加载下迁移运动在所述可视窗上造成刮痕，所述钢化膜可重复替换。

所述转动滚珠装置，采用万向球锚固在所述级配碎石装载模型箱内部由钢板制成的三个内壁上，所述万向球使用合金材料，防止生锈，所述万向球均可在任意方向自由旋转，所述转动滚珠装置用于减小所述级配碎石装载模型箱边界侧壁的摩擦力。

所述级配碎石表面动荷加载模块，由电液伺服单通道拟动力加载系统组成，置于所述级配碎石装载模型箱上方，用于向所述级配碎石透水基层颗粒传递循环动力荷载，模拟级配碎石透水基层服役过程中面层传递来的车辆循环荷载作用。

所述孔隙水压测量模块，该模块由孔压测量口和水压力传感器组成，用于实时监测级配碎石透水基层细观颗粒在水-动荷共同作用下，级配碎石透水基层中孔隙的水压变化。

进一步的，所述孔压测量口，是置于所述级配碎石装载模型箱侧壁面的圆形孔，用于确定孔隙水压检测位置，以及所述水压力传感器的安装与固定。

所述级配碎石表面位移测量模块，该模块由激光位移传感器组成，置于所述级配碎石装载模型箱上方，用于实时监测和记录在预定加载条件下级配碎石透水基层表面沉降或隆起状态，对级配碎石透水基层表面进行直观的位移测量。

所述同步动力测试模块，由一个与所述激光位移传感器时钟同步的压力传感器和两块承载板组成，置于所述级配碎石装载模型箱上表面中心位置，用于在进行基层表面位移测量的同时，记录动力加载变化值。

进一步的，所述承载板，采用金属铁块制成，置于所述压力传感器的上下两端，用于传递动荷载和保护所述压力传感器。

所述级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块，采用像素为2420万，分辨率为6016×4016，帧率为30的摄像机和两个打光灯组成，所述打光灯置于所述摄像机两侧，所述摄像机正对所述级配碎石装载模型箱可视窗，以高清高频率拍摄级配碎石透水基层细观颗粒在循环荷载作用下的运动状态，用于监测和记录级配碎石透水基层特征细观颗粒的轮廓运动轨迹。

本发明实施例带来了以下有益效果。

本发明操作简单，可以实现模拟在级配碎石透水基层服役过程中面层传递来的车辆循环荷载作用下，级配碎石透水基层细观颗粒的时变特性。

本发明结构简单，结构各部件互不影响，某一构件损坏时易于更换。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置三维示意图。

图2为级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置正视面示意图。

图3为级配碎石装载模型箱内壁转动滚珠装置示意图。

图4为万向球正视面示意图。

图5为万向球侧视面示意图。

图6为级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置后视面示意图。

图7为级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置侧视面示意图。

图8为级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置俯视面示意图。

图中：1-级配碎石装载模型箱，2-排水孔，3-可视窗，4-转动滚珠装置，5-孔压测量口，6-水压力传感器，7-孔隙水压测量模块，8-承载板，9-压力传感器，10-同步动力测试模块，11-级配碎石表面位移测量模块，12-摄像机，13-打光灯，14-配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块，15-级配碎石表面动荷加载模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是。

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明的一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1所示，级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，包括1-级配碎石装载模型箱，2-排水孔，3-可视窗，4-转动滚珠装置，5-孔压测量口，6-水压力传感器，7-孔隙水压测量模块，8-承载板，9-压力传感器，10-同步动力测试模块，11-级配碎石表面位移测量模块，12-摄像机，13-打光灯，14-级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块，15-级配碎石表面动荷加载模块。

如图2、图4、图5、图6所示，所述级配碎石装载模型箱1上设有所述排水孔2、所述可视窗3、所述转动滚珠装置4，所述排水孔2设置于所述级配碎石模型箱1的背侧壁面，距底部4cm处，所述可视窗3镶嵌于所述级配碎石模型箱1中与所述排水孔2所在壁面相对的前侧壁面中；如图3、图8所示，所述转动滚珠装置4设置于所述级配碎石装载模型箱1内壁中除可视窗3所在壁面外的其他三个侧壁面；如图7所示，所述孔压测量口5位于所述级配碎石装载模型箱1的其中一个侧壁上，所述水压力传感器6置于孔压测量口5处，所述孔压测量口5与所述水压力传感器6共同组成所述孔隙水压测量模块7；如图2所示，所述同步动力测试模块10由所述承载板8和所述压力传感器9组成，置于所述级配碎石装载模型箱1的上表面中心位置，所述承载板8分别置于所述压力传感器9的上下两端，所述级配碎石表面位移测量模块11由所述激光位移传感器组成，置于所述级配碎石装载模型箱1上方；如图1所示，所述级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块14由所述摄像机12和所述打光灯13组成，所述摄像机12置于所述级配碎石装载模型箱1正前方，所述摄像机12的位置高度与所述可视窗3的中心位置高度保持一致，所述打光灯13分别置于所述摄像机12的左右两侧，所述级配碎石表面动荷加载模块15置于所述级配碎石装载模型箱1中心上方。

具体的实施过程如下所述。

室内模拟碎石透水基层服役过程中面层传递来的车辆循环荷载作用试验时，根据实际试验需求在所述级配碎石装载模型箱1侧壁上布设一定数量的所述孔压测量口5，同时在所述孔压测量口5处安装相应数量的所述水压力传感器6，共同组成所述孔隙水压测量模块7，然后将级配碎石透水基层颗粒放入所述级配碎石装载模型箱1中。

将所述所述级配碎石装载模型箱1置于所述配碎石表面动荷加载模块15的承台上，将多个所述激光位移传感器组成的所述级配碎石表面位移测量模块11安装于所述级配碎石装载模型箱1中心上方40厘米处，然后将所述同步动力测试模块10置于级配碎石透水基层表面中心位置处。

所述级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块14由所述摄像机12和所述打光灯13组成，将所述摄像机12放置于所述可视窗3的正前方，位置高度与所述可视窗3的中心位置高度保持一致，所述打光灯13置于所述摄像机12左右两侧，调制设备，使所述摄像机12能清晰录制所述可视窗3内细观集料的运动轨迹，然后从上方向所述级配碎石装载模型箱1中注水，使其恰好将碎石透水基层浸没，启动所述级配碎石表面动荷加载模块15，调试级配碎石表面动荷加载模块15使其与所述承载板8接触并进行预加载，继续调试所示级配碎石表面动荷加载模块15，设置加载试验所需频率的正弦波加载模式，然后开始试验。

Claims (8)

1.一种级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，主要由级配碎石装载模型箱、级配碎石表面动荷加载模块、孔隙水压测量模块、同步动力测试模块、级配碎石表面位移测量模块、级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块构成；所述级配碎石表面动荷载加载模块由电液伺服单通道拟动力加载系统组成，置于所述级配碎石装载模型箱上方；所述孔隙水压测量模块包括孔压测量口和水压力传感器，安装于所述级配碎石装载模型箱侧壁上；所述同步动力测试装置由承载板和压力传感器组成，置于所述级配碎石装载模型箱表面中心处；所述级配碎石表面位移测量模块由激光位移传感器组成，置于级配碎石装载模型箱中心上方；所述级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块由摄像机及打光灯组成，置于所述级配碎石装载模型箱正前方。

2.如权利要求1所述的级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，所述级配碎石装载模型箱由四块钢板焊接，一块镶嵌的透明可视窗以及一张透明钢化膜构成的矩形容器，底板和三个壁面采用钢板制成，所述可视窗由用螺钉固定并镶嵌于装载模型箱的其中一个壁面中，所述钢化膜贴于所述可视窗内壁面，所述级配碎石装载模型箱与所述可视窗相对的背侧壁面设有排水孔，距底面4cm。

3.如权利要求1所述的级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，所述级配碎石装载模型箱中由钢板制成的三个壁面内侧上安装转动滚珠装置，所述转动滚珠装置由万向球构成。

4.如权利要求1所述的级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，所述级配碎石表面动荷加载模块由电液伺服单通道拟动力加载系统组成，置于所述级配碎石装载模型箱上方。

5.如权利要求1所述的级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，所述孔隙水压测量模块由孔压测量口和水压力传感器组成，所述孔压测量口置于所述级配碎石装载模型箱侧壁上，所述水压力传感器置于所述孔压测量口处。

6.如权利要求1所述的级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，所述同步动力测试模块由两块承载板和一个压力传感器组成，置于所述级配碎石装载模型箱上表面中心处，所述两块承载板分别置于所述压力传感器上下两端。

7.如权利要求1所述的级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，所述级配碎石表面位移测量模块由激光位移传感器组成，置于所述级配碎石装载模型箱中心上方。

8.如权利要求1所述的级配碎石透水基层颗粒迁移测量装置，其特征在于，所述级配碎石细观颗粒迁移行为图像采集分析模块由像素为2420万，分辨率为6016×4016，帧率为30的摄像机和打光灯组成，设置于所述级配碎石装载模型箱正前方。

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