一种复合路面损坏判别方法与流程

本发明涉及道路工程领域，特别是涉及一种复合路面损坏判别方法。

背景技术：

复合路面指在旧水泥混凝土上加铺沥青混凝土，是我国当前对严重破损水泥路面的一种常用的维修养护手段。裂缝等病害是复合路面的常见损坏形式，其对复合路面结构的整体性和连续性产生极大破坏，具体包括沥青层裂缝、水泥板断裂并向上发展为沥青层裂缝的贯穿裂缝(反射裂缝)、水泥板断裂但裂缝尚未表现在沥青层的隐性裂缝等多种形式(图1)。

目前对复合路面裂缝等损坏的判别主要采用人工识别或钻芯取样的方法，前者劳时费力、效率较低，且无法判别隐性裂缝；后者为点式检测、覆盖范围极其有限，且破坏路面结构、需封闭交通。传统的评价方法中通常将损坏的影响采用结构层“有效模量”的衰减来表征，然而结构层“有效模量”不能很好地反映损坏对路面结构实际受力状态的影响。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合路面损坏判别方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种复合路面损坏判别方法，包括：

根据在待判别路面位点进行的fwd检测，分别获取路面第一位置点弯沉距离d1、第二位置点弯沉距离d2、第三位置点弯沉距离d3和第四位置点弯沉距离d4，所述第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点依次位于自fwd弯沉盆中心向其边缘的延伸方向上；

根据式(1)计算获得形状因子f：

根据式(2)计算获得面积因子area：

根据形状因子f和/或面积因子area确定复合路面损坏的种类。

在本发明一些实施方式中，所述复合路面通常包括沥青层和水泥混凝土层。

在本发明一些实施方式中，所述复合路面还包括土基层、底基层和基层。

在本发明一些实施方式中，所述复合路面损坏的种类包括显性裂缝、隐性裂缝，所述显性裂缝包括沥青层裂缝、沥青层+水泥板贯穿裂缝。

在本发明一些实施方式中，自fwd弯沉盆中心向其边缘的延伸方向上，所述第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点位于一条直线上。

在本发明一些实施方式中，所述第一位置点位于fwd弯沉盆中心，第一位置点、第二位置点之间的距离为19～21cm，第一位置点、第三位置点之间的距离为29～31cm，第一位置点、第四位置点之间的距离为59～61cm。

在本发明一些实施方式中，当沥青层不存在裂缝时，根据area确定复合路面损坏的种类，当area-f所在的坐标点位于完好路面area-f曲线的左侧时，复合路面存在隐性裂缝；

当沥青层存在裂缝时，根据f确定复合路面损坏的种类，当f>0时，复合路面存在沥青层裂缝，当f≤0、优选f＝-0.04167～0时，复合路面存在沥青层+水泥板贯穿裂缝。

本发明另一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的复合路面损坏判别方法。

本发明另一方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行所述的复合路面损坏判别方法。

本发明另一方面提供一种装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于根据在待判别路面位点进行的fwd检测，分别获取路面第一位置点弯沉距离d1、第二位置点弯沉距离d2、第三位置点弯沉距离d3和第四位置点弯沉距离d4，所述第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点依次位于自fwd弯沉盆中心向其边缘的延伸方向上；

形状因子f计算模块，用于根据式(1)计算获得形状因子f：

面积因子area计算模块，用于根据式(2)计算获得面积因子area：

判断模块，用于根据形状因子f和/或面积因子area确定复合路面损坏的种类。

附图说明

图1显示为本发明复合路面裂缝损坏示意图。

图2显示为本发明fwd检测和弯沉盆曲线示意图。

图3显示为本发明实施例1和实施例2中有限元模型示意图。

图4显示为本发明实施例2中复合路面隐性裂缝的area-f判别曲线。

具体实施方式

本发明发明人经过大量探索实验，发现复合路面的损坏类型与形状因子f和面积因子area之间存在特定的关联，从而提供了一种先进高效的复合路面损坏判别方法，在此基础上完成了本发明。

本发明第一方面提供一种复合路面损坏判别方法，包括：

根据在待判别路面位点进行的fwd检测，分别获取路面第一位置点弯沉距离d1、第二位置点弯沉距离d2、第三位置点弯沉距离d3和第四位置点弯沉距离d4，所述第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点依次位于自fwd弯沉盆中心向其边缘的延伸方向上；

根据式(1)计算获得形状因子f：

根据式(2)计算获得面积因子area：

根据形状因子f和/或面积因子area确定复合路面损坏的种类。

本发明所提供的复合路面损坏判别方法中，所述复合路面通常包括沥青层和水泥混凝土层，所述沥青层可以是复合路面铺设时即覆盖于所述水泥混凝土层上，也可以是在水泥混凝土路面修复时覆盖于所述水泥混凝土层上形成的复合路面。用于形成所述沥青层的材料通常可以是sma沥青玛蹄脂碎石、ac沥青混凝土等，其厚度通常可以为5～30cm。用于形成所述水泥层的材料通常可以是普通硅酸盐水泥混凝土等，其厚度通常可以为10～30m。所述复合路面通常还可以包括下卧层，所述沥青层和水泥层通常可以覆盖于所述下卧层上，其竖直方向上自下而上通常可以依次包括土基层、底基层、基层。所述土基层通常用于路面结构的持力层，形成土基层的材料通常可以是回填土或处治土等，其厚度通常可以为80～120cm。所述底基层通常用于基层的下卧受力层，形成底基层的材料通常可以是无机结合料稳定类材料或无结合料材料等，其厚度通常可以为15～30cm。所述基层通常用于面层结构的应力分散层，形成基层的材料通常可以是无机结合料稳定类材料或无结合料材料等，其厚度通常可以为15～30cm。

本发明所提供的复合路面损坏判别方法中，所述复合路面损坏通常可以由水泥板板底脱空、路面疲劳开裂等引起，所述复合路面损坏的种类可以包括显性裂缝、隐性裂缝等，所述显性裂缝可以包括沥青层裂缝、沥青层+水泥板贯穿裂缝等，所述沥青层裂缝通常指从路面表面可以通过肉眼观测到裂缝，且裂缝位于沥青层、而水泥混凝土层表面不存在肉眼可见的裂缝的裂缝种类；所述沥青层+水泥板贯穿裂缝通常指从路面表面可以通过肉眼观测到裂缝，且沥青层和水泥混凝土层同时存在肉眼可见的裂缝，即裂缝同时贯穿了沥青层和水泥混凝土层的裂缝种类；所述隐性裂缝通常指水泥混凝土层存在肉眼可见的裂缝、且沥青层不存在明显的肉眼可见裂缝的裂缝种类，隐性裂缝通常无法通过肉眼从路面表面明显观测到。

本发明所提供的复合路面损坏判别方法中，fwd检测通常可以通过落锤式弯沉仪实现。具体来说，fwd检测时通常可以在路面待判别点施加一定的竖直荷载，导致路面出现瞬间变形出现fwd弯沉盆，并得到路面瞬时变形情况的检测方法。

本发明所提供的复合路面损坏判别方法中，自fwd弯沉盆中心向其边缘的延伸方向上，所述第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点通常位于一条直线上，所述第一位置点通常可以位于fwd弯沉盆中心，第一位置点、第二位置点之间的距离通常可以为19～21cm，第一位置点、第三位置点之间的距离通常可以为29～31cm，第一位置点、第四位置点之间的距离通常可以为59～61cm。所述各位置点的弯沉距离通常指相对于路面的原基础面来说，fwd弯沉盆发生瞬时，该位置点下沉的垂直变形距离。

本发明所提供的复合路面损坏判别方法中，可以根据形状因子f和/或面积因子area确定复合路面损坏的种类。总体来说，本领域技术人员可先根据道路表面是否存在沥青层裂缝，以判断复合路面是否存在显性病害。当复合路面存在显性病害时(即，沥青层存在裂缝时)，可以进一步根据f判断复合路面损坏的种类，如果同时存在沥青层裂缝和水泥混凝土层裂缝，则属于沥青层+水泥板贯穿裂缝，如果仅存在沥青层裂缝而不存在水泥混凝土层裂缝，则属于沥青层裂缝。对于显性病害，可采用形状因子f判断，形状因子f较大时，认为路面趋向于存在沥青层裂缝，而形状因子f较小时，通常认为路面趋向于存在沥青层+水泥板贯穿裂缝。另外，当沥青层裂缝或沥青层+水泥板贯穿裂缝越接近水泥层中的水泥板边缘时，形状因子f的绝对值越大。在本发明一优选实施方式中，当f>0时，认为存在沥青层裂缝；当f≤0、优选f＝-0.04167～0时，认为存在沥青层+水泥板贯穿裂缝。如果不存在沥青层裂缝，即复合路面不存在显性病害时，可以再根据area-f判断水泥混凝土层是否存在裂缝，即是否存在隐性裂缝。对于隐性病害，可采用弯沉盆参数中形状因子f和面积因子area判断。通常来说，对于不同的层间结合状态，形状因子f和面积因子area的比例在坐标轴上通常是线性的(例如，以形状因子f作为x轴，以面积因子area作为y轴)，且成反比，随着形状因子f逐渐增大，面积因子area逐渐减小。在本发明一优选实施方式中，对于未出现裂缝(完好路面)的弯沉盆的不同的层间状态在坐标轴中所形成的area-f曲线而言，当存在隐性裂缝时，area-f曲线所在的坐标点位于完好路面的area-f曲线左侧，即靠近原点的一侧。

本发明第二方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所提供的复合路面损坏判别方法。

本发明第三方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行本发明第一方面所提供的复合路面损坏判别方法。

本发明第四方面提供一种装置，所述装置可以包括：

数据获取模块，用于根据在待判别路面位点进行的fwd检测，分别获取路面第一位置点弯沉距离d1、第二位置点弯沉距离d2、第三位置点弯沉距离d3和第四位置点弯沉距离d4，所述第一位置点、第二位置点、第三位置点和第四位置点依次位于自fwd弯沉盆中心向其边缘的延伸方向上；

形状因子f计算模块，用于根据式(1)计算获得形状因子f：

面积因子area计算模块，用于根据式(2)计算获得面积因子area：

判断模块，用于根据形状因子f和/或面积因子area确定复合路面损坏的种类。

本发明中，上述装置中各模块的运行原理可以参照如上所述的复合路面损坏判别方法，在此不做赘述。

本发明所提供的复合路面损坏判别方法，基于fwd(落锤式弯沉仪)弯沉盆参数反演的复合路面损坏判别方法，能够实现自动化、快速识别显性裂缝和无损、有效判别隐性裂缝，是一种先进高效的复合路面损坏判别方法，为道路服役性能评价和管理养护决策提供依据，具有较高的工程应用价值。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

利用abaqus软件建立复合路面结构的三维有限元模型，并设置不同显性裂缝类型的分析工况。

复合路面结构有限元分析模型为：沥青层厚度9cm；设有9块水泥板，每块板长5m，宽3.75m，厚度24cm，板块的接缝宽度为8mm；三渣基层长15.016m，宽11.266m，厚度为30cm；二灰土底基层长15.016m，宽11.266m，厚度为15cm；土基尺寸长×宽×高为15.016m×11.266m×9.25m(图3)。

拟定复合路面有限元分析模型的各结构层材料参数，如下表所示：

表2复合路面有限元模型的各结构层材料参数

建立50组含裂缝复合路面结构的三维有限元模型，设置沥青层开裂和沥青层+水泥板贯穿裂缝两种分析工况，如下表所示：

表3显性裂缝有限元模型分析工况

通过有限元模型仿真得到不同工况下的形状因子f，如下表所示：

表4不同工况下的形状因子f

形状因子f的范围与显性裂缝类型充分契合，据此可快速高效地判别复合路面显性裂缝。

实施例2

建立复合路面结构的三维有限元模型和各结构层材料参数同实施例1，并设置隐性裂缝的分析工况，按照本发明提出的判别方法计算评价指标：形状因子f和面积因子area。

建立5组完好复合路面和25组含裂缝复合路面结构的三维有限元模型，设置隐性裂缝分析工况，如下表所示：

表5隐性裂缝有限元模型分析工况

通过有限元模型仿真得到不同工况下的形状因子f和面积因子area，如下表所示：

表6不同工况下的形状因子f和面积因子area

绘制完好路面area-f关系曲线和隐性裂缝的area的分布情况(图4)，可见根据形状因子f和面积因子area能够有效判别复合路面的隐性裂缝。

实施例3

为了验证上述复合路面损坏判别方法，对g1501南环1标的复合路面开展fwd弯沉检测和沥青层铣刨损坏调查，道路结构形式如下表所示。

表7道路结构形式

对现场10处裂缝进行fwd弯沉检测并判断其开裂程度。各点弯沉数据及病害识别结果见表8。

表8g1501南环1标各裂缝病害点fwd弯沉数据

根据上述复合路面损坏判断标准，对弯沉结果进行分析，病害识别结果如表9所示，表9中，沥青面层和水泥混凝土的裂缝均通过肉眼观测其层体表面进行判断。结果显示基于fwd的复合路面损坏判别方法可有效识别水泥板开裂。

表9g1501南环1标各裂缝病害点水泥混凝土状况识别

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。