一种现场测试路基动力响应的试验方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于公路路基试验技术领域，具体涉及一种现场测试公路施工和运营期路基动力响应的方法，同时还涉及一种现场测试公路施工和运营期路基动力响应的试验系统，适用于一般公路路基，尤其是特殊填料路基的施工工艺、设计指标和长期性能的测试和科学研宄。
【背景技术】
[0002]路基是公路结构的重要组成，承受着道路施工和运营期交通动力荷载作用，动荷载长期作用致使公路路基路面结构性能不断衰减以至变形破坏，因此路基动力特性研宄尤为重要，相比室内试验、模型模拟、理论计算，现场动力响应测试是研宄路基动力性能最为直接且有效的手段。
[0003]目前，铁路工程中现场动力测试技术较为成熟，但公路工程与铁路工程的路基结构形式，交通荷载作用特点及设计方法指标不同，因此公路路基动力测试系统及方法不能完全照搬铁路工程。公路工程中，国内零星开展了少许路基动力响应现场测试实践，但现有的测试系统和方法不完善。一方面路基埋设的传感器主要为动态土压力盒，传感器类型单一，实践表明，路基动土压力尤其当埋深到达一定深度时受系统振动影响大，在路床以下范围内基本难以获取数据，需要其他传感器配合校准，同时路基动力响应受内部温湿度环境影响大，有必要同时观测环境信息。另一方面，现有路基动力测试结构及方法系统性不够，基本上只涉及到公路建成时行车荷载作用下路基动力响应信息，而路基结构性能不断衰变，科学研宄中需要在公路运营期不同时段多次利用传感器测试路基动应力信息，此外，公路路基填筑，尤其是特殊填料路基施工技术参数优化时，也需要利用传感器监测压实设备作用路基动力特征，而现有的测试系统和方法没有将公路施工期和运营期路基动力试验结合起来，因而对传感器的利用率较低，测试的路基动力响应信息不够系统和全面。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有公路路基动力响应现场试验的不足，目的是在于提供了一种现场测试公路施工和运营期路基动力响应的试验方法，该方法将不同动荷载类型、不同荷载作用层位条件下的动力测试联合试验，兼顾路基施工、路面施工、道路运营多阶段路基动力响应测试，适用范围广、测试效率高、技术系统性强。
[0005]本发明的另一个目的是在于提供了一种现场测试公路施工和运营期路基动力响应的试验系统，该系统优化布置了多样化的传感元件、可监控路基动力响应及环境演变信息，配备了良好的数据采集终端，操作便捷、测试精度高、数据可靠。
[0006]为了实现上述的目的，本发明采用以下技术方案:
一种现场测试路基动力响应的试验方法，其步骤是:
a、选择地势平坦、路线平直的公路结构作为试验路，自下而上水平分层填筑路堤、路床和路面结构； b、在试验路段中心横断面按‘ Γ ’型布置分层埋设第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器，将第一动压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器连接对应的传输缆线的一端接口，传输缆线水平引出路基范围之外，在路床边坡上设立观测保护室存放传输缆线接口；
C、路床施工完成后，选择在路床顶面、基层顶面、面层顶面中的一阶段或二至三个阶段，以不同运行状态行驶压路机和重型卡车；
d、将传输缆线的另一端接口连接到动静态应变采集分析系统上，并接通笔记本电脑和数据采集处理软件，实时采集公路施工期路基动力响应及环境变化数据；
e、公路通车运营后，选择在一年、两年、五年、十年、二十年中的一时期或二至五个时期，按上述方法，采集公路不同运营期重型卡车作用下路基动力响应及环境变化数据。
[0007]一种现场测试公路施工和运营期路基动力响应的试验系统，它由公路结构、交通动荷载系统、信息传感系统、数据采集系统构成。其特征在于:信息传感系统中的第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器逐层埋设于公路结构中的路堤、路床中，将第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器分别连接到相应的传输缆线中的一端接口，传输缆线中的另一端接口连接到位于公路结构外部的数据采集系统中的动静态应变采集分析系统的信号接口，再用数据线将动静态应变采集分析系统连接到笔记本电脑，在笔记本电脑内部安装数据采集处理软件。交通动荷载系统中的压路机、或重型卡车在公路结构顶部以一定的运行状态行驶，释放动力冲激信号，信息传感系统与数据采集系统识别、采集、并处理路基动力响应及环境变化数据信息。
[0008]所述的公路结构，自下而上包括路堤、路床、路面，由路基填料和路面材料逐层填筑而成，所述的公路结构应位于地势平坦、视野开阔、纵向上为平直的直线路段，段落长度不宜小于800m，横向上为整体式路基结构，行车道数量不小2个。
[0009]所述的交通动荷载系统由压路机、重型卡车等不同类型交通荷载中的一种或二至五种组成，在公路施工和运营期不同阶段，交通动荷载系统在公路结构顶部以一定的运行状态行驶，释放动力冲激信号。
[0010]所述的信息传感系统由第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器组成，传感器按竖直方向和水平方向呈‘ Γ ’型布置于路堤、路床内部，通过各自独立的传输缆线连接到路基之外的数据采集系统，第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器之间互不相连。竖直方向布设的动压力传感器与加速度传感器分别位于两侧轮迹正下方，温湿度传感器置于轮迹中轴线正下方，自路床顶往下分5?8层等间距分布，层间距40?60cm ;沿着最上层布设的第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器，在水平方向上等间距布置2?4列压力传感器和加速度传感器，列间距80?120cm。
[0011]所述的数据采集系统包含笔记本电脑、数据采集处理软件、动静态应变采集分析系统、信号传输缆线、穿线管、观测保护室，将信号传输缆线中的土压力传感器信号线、加速度传感器信号线、温湿度传感器信号线的一端接口分别连接到相应的第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器，加速度传感器信号线、土压力传感器信号线、温湿度传感器信号线分别套过穿线管和套管，引出路基范围之外，待测试试验开始，再将加速度传感器信号线、土压力传感器信号线、温湿度传感器信号线的另一端接口连接于动静态应变采集分析系统，再连接到笔记本电脑，通过数据采集处理软件控制数据采集、存储、显示、处理等功能。每阶段测试试验结束后，将所有缆线接口与动静态应变采集分析系统分离，存放于观测保护室内。
[0012]所述的第一压力传感器，其最大量程0.5?IMpa，测量误差小于0.5kpa，最高频率不小于100Hz，共10?15个，第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器之间互不相连，通过各自独立的传输缆线连接到路基之外的数据采集系统。
[0013]所述的第二加速度传感器，其测量范围不小于lOOm/s2，精度高于0.05m/s2，最高频率不小于ΙΚΗζ，共10?15个，第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器之间互不相连，通过各自独立的传输缆线连接到路基之外的数据采集系统。
[0014]所述的第三温湿度传感器，温度范围为-40?80°C，湿度量程为O?100% m3/m3,精度优于±2%，响应时间小于ls，共5?8个，第一压力传感器、第二加速度传感器、第三温湿度传感器之间互不相连，通过各自独立的传输缆线连接到路基之外的数据采集系统。
[0015]所述的压路机，为振动式、静压式、轮胎式、羊足式压路机等其中的一种或二至四种，自重为15?30t，车速为2?4 km/ho
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