一种透水沥青路面渗透性衰减模型试验系统及方法

本发明涉及实验设备技术领域，具体涉及一种透视沥青路面渗透性衰减模型试验系统及方法。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

多孔透水沥青路面，也称pa路面(porousasphalt)或ogfc路面(opengradedfrictioncourse)，作为一种含有大量贯通性空隙(空隙率通常在15％～25％之间，并多为直径超过1mm的大孔)的路面材料，其渗透系数一般介于2.0mm/s～5.4mm/s，有的甚至达到1.2cm/s。具有大空隙率是多孔沥青路面实现抗滑、降噪及透水等一系列特殊功能的前提，然而多孔沥青混合料之间是骨架-空隙结构，集料之间的接触以点接触为主，在行车荷载的反复作用下，集料受到的压密嵌挤作用大于密集配路面，集料不断调整排列方式形成更加致密的骨架结构，路面空隙率会出现较大程度的减小。另外，大的空隙率也使得空气中的粉尘颗粒、汽车轮胎的橡胶颗粒等微小颗粒物更易进入，造成空隙堵塞，影响其功能性的发挥。因此，由于透水沥青路面的与生俱来的特点，易受到循环交通荷载的压密作用和径流携带颗粒物的堵塞作用双重影响，这就使得透水沥青路面的有效空隙率降低，路面的功能性优势逐渐减弱。

然而，发明人发现，目前对透水路面的研究仍主要集中在铺装材料、结构、强度及透水性能等方面，缺乏对大空隙透水沥青路面在力(交通荷载)-流(雨水渗流)-质(颗粒运移)多场耦合作用下空隙率变化、颗粒运移与致堵规律的研究，这就导致了对力-流-质多场耦合作用下透水沥青路面渗透性衰变规律缺乏合理认识。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种透水沥青路面渗透性衰减模型试验系统，能够实现围绕交通荷载、泥沙与雨水综合作用下透水沥青路面渗透性能演化规律这一科学问题展开研究。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的提供了一种透水沥青路面渗透性衰减模型试验系统，包括试样槽及设置在试样槽上方的加载装置，加载装置包括设在试样槽两侧的立柱，立柱顶端与顶板固定，顶板两端设有升降机构，升降机构与升降台连接，升降台之间连接有导轨，导轨滑动连接有车轮，车轮与用于驱动其沿导轨轴线方向运动的驱动机构连接，还包括设在顶板的第一摄像件和设在试样槽一侧的第二摄像件，试样槽的另一侧设有第一激光扫描件，顶板下方设有喷水管，喷水管与供水装置连接。

进一步的，所述试样槽底面铺设有防漏层，用于防止沥青路面试样的碎石下漏。

进一步的，所述防漏层包括铺设在试样槽底面的垫石层，垫石层上铺设有钢篱，钢篱上铺设有土工格栅。

进一步的，所述驱动机构包括主动带轮、从动带轮及绕接在主动带轮和从动带轮之间的传动履带，主动带轮与驱动件连接，驱动件固定在一端的升降台上，从动带轮安装在另一端的升降台上，传动履带与滑块固定，滑块安装有车轮并且与导轨滑动连接。

进一步的，还包括ct扫描仪，用于对试样进行ct扫描。

进一步的，还包括第二激光扫描仪，用于扫描试样槽中的沥青路面横截面，判断轮迹的位置。

进一步的，所述升降机构采用电动液压升降杆。

进一步的，所述供水装置包括水箱，所述水箱内设有潜水泵，所述潜水泵通过导流管与喷水管连接。

进一步的，所述导流管上安装有流量计和流量控制阀，用于控制导流管内的流量。

第二方面，本发明提供了第一方面所述的透水沥青路面渗透性衰减模型试验系统的工作方法，包括以下步骤：

在试样槽内依次铺设级配碎石层、多孔水泥稳定碎石层、沥青下面层和沥青上面层，完成沥青路面试样的铺设，并在沥青上面层上均匀撒布颗粒物；

供水装置工作，喷水管向沥青路面试样喷水，模拟降水过程；

升降机构带动车轮工作，车轮压在沥青路面试样上表面，驱动机构工作，带动车轮沿沥青路面试样上表面往复运动，模拟交通荷载；

利用第一摄像件和第一激光扫描件配合记录颗粒物的扬起特性，利用第二摄像件记录颗粒物在车轮荷载作用下的分布情况；

对轮迹下方的沥青路面试样进行取样，对取得的样品观察内部的空隙及堵塞变化情况。

本发明的有益效果：

1.本发明的试验系统，具有能够沿沥青路面试样运动车轮，用于模拟交通荷载，具有与供水装置连接的喷水管，能够模拟降雨，试验时在沥青路面试样撒布颗粒物，实现了研究交通荷载、泥沙与雨水综合作用下透水沥青路面渗透性衰减情况。

2.本发明的试验系统，车轮与升降机构连接，能够在升降机构的作用下做升降运动，实现了对沥青路面试样施加不同的交通荷载，同时方便在试样槽中铺设沥青路面试样，而且满足了不同层数、厚度的沥青路面试样的试验需求，方便得出一个具有延缓渗透性衰减功能的透水沥青路面结构。

3.本发明的试验系统，通过设置第一摄像件及第一激光扫描件，能够观察颗粒物的扬起特性，同时通过设置在顶板的第二摄像件，能够观察颗粒物在车轮荷载作用时的分布特点。

4.本发明的试验系统，试样槽内铺设有由垫石层、钢篱及土工格栅构成的防漏层，避免了沥青路面试样的碎石下漏。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1使用状态主视图；

图3为本发明实施例1使用状态侧视图；

其中，1.试样槽，2.垫石层，3.钢篱，4.土工格栅，5.立柱，6.底板，7.螺栓，8.顶板，9.底座，10.电动液压升降杆，11.升降杆电机，12.升降块，13.套环，14.导轨，15.滑块，16.车轮，17.主动带轮，18.从动带轮，19.传动履带，20.驱动电机，21.履带固定杆，22.第一摄像机，23.第二摄像机，24.第一激光扫描仪，25.喷水管，26.喷嘴，27.水箱，28.潜水泵，29.流量计和流量控制阀，30.从动带轮架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前缺乏对大空隙透水沥青路面在力(交通荷载)-流(雨水渗流)-质(颗粒运移)多场耦合作用下空隙率变化、颗粒运移与致堵规律的研究，针对上述问题，本申请提出了一种透水沥青路面渗透衰减模型试验系统。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-3所示，一种透水沥青路面渗透衰减模型试验系统，包括试样槽1，本实施例中，所述试样槽在地面基础上开设，所述试样槽内铺设有防漏层，所述防漏层包括铺设在试样槽底部槽面的垫石层2，所述垫石层上铺设有钢篱3，所述钢篱上铺设有土工格栅4，通过防漏层的设置，能够有效防止沥青路面试样的碎石下漏，并对沥青路面试样起到支撑作用。

所述试样槽的上方设置有加载装置，所述加载装置包括立柱5，所述立柱设置在试样槽的两侧，所述立柱底端与底板6固定连接，所述底板通过螺栓7固定在地面基础上。

试样槽两侧的立柱的顶端均与顶板8固定连接。

所述顶板的两端通过底座9固定有升降机构，所述升降机构采用现有的电动液压升降杆10，所述电动液压升降杆由升降杆电机11驱动其工作，所述电动液压升降杆与控制系统连接，由控制系统控制其工作。

所述电动液压升降杆的升降部与升降块12固定连接，能够带动升降块做升降运动，所述升降块与套环13固定连接，所述套环与立柱滑动连接，通过套环能够对升降块的升降运动进行导向。

两端的升降机构所连接的升降块之间固定有导轨14，所述导轨滑动连接有滑块15，滑块与车轮架固定连接，所述车轮架转动连接有车轮16，车轮能够通过滑块沿导轨轴线方向运动，本实施例中，所述车轮为附有花纹的橡胶车轮。

所述滑块与驱动机构连接，驱动机构能够带动滑块沿导轨的轴线方向运动，所述驱动机构采用带传动机构，包括主动带轮17、从动带轮18及绕接在主动带轮和从动带轮之间的传动履带19，所述主动带轮与驱动件连接，所述驱动件能够带动主动带轮的转动，本实施例中，所述驱动件采用驱动电机20，所述驱动电机固定在一侧的升降块上，其输出轴与主动带轮连接，所述从动带轮转动连接在另一侧升降块上固定的从动带轮架30上，能够在传动履带的作用下转动。

所述传动履带通过履带固定杆21与滑块连接，传动履带能够带动滑块沿导轨的轴线方向运动。

所述驱动电机与控制系统连接，由控制系统控制其工作。

所述顶板上固定有朝向试样槽设置的第一摄像件，所述第一摄像件采用第一摄像机22，所述第一摄像机与控制系统连接，能够将采集的图像传输给控制系统，通过设置第一摄像机，能够采集路面颗粒在车轮荷载作用下的分布图像，进而研究路面颗粒在车轮荷载作用下的分布规律。

所述试样槽的一侧设置有第二摄像件，所述第二摄像件采用第二摄像机23，所述第二摄像机与控制系统连接，所述试样槽的另一侧设置有第一激光扫描件，所述第一激光扫描件采用第一激光扫描仪24，所述第一激光扫描仪与控制系统连接，第一激光扫描仪能够配合第二摄像机工作，观察颗粒扬起情况，记录颗粒扬起特性。

所述试验系统还包括ct扫描仪，所述ct扫描仪采用现有设备即可，用于观察试样内部的空隙及堵塞的变化规律。

所述试验系统还包括第二激光扫描件，所述第二激光扫描件采用第二激光扫描仪，用于扫描试样槽中的沥青路面横截面，判断轮迹的位置。

所述试样槽的正上方，顶板的下方还设置有两个喷水管25，两个喷水管相对于试样槽的中线对称设置，所述喷水管沿其轴线方向设置有多个喷嘴26，喷水管能够通过喷嘴将水喷出，用于模拟降雨过程。

所述喷水管与供水装置连接，供水装置用于向喷水管内注入水，所述供水装置包括水箱27，所述水箱固定有潜水泵28，所述潜水泵的出水口通过导水管与喷水管连接，潜水泵能够驱动水箱内的水进行导水管，进而进入喷水管。

所述导水管上安装有流量计和流量控制阀29，所述流量计和流量控制阀均与控制系统连接，所述流量计用于显示导水管内水流量大小，所述流量控制阀用于对导水管内的水流量进行控制。

实施例2：

本实施例公开了一种实施例1所述的透水沥青路面渗透衰减模型试验系统的工作方法：包括以下步骤：

步骤1：在试样槽内铺设沥青路面试样，具体的，在土工格栅上铺设级配碎石层，在级配碎石层上铺设多孔水泥稳定碎石层，所述多孔水泥稳定碎石层上铺设沥青下面层，在沥青下面层上铺设沥青上面层，完成沥青路面试样的铺设。

步骤2：进行透水沥青路面渗透衰减模型试验，所述试验可进行三种类型试验。

试验1：交通荷载的压密作用对透水沥青路面渗透性的影响特征研究。

升降机构带动车轮下降，对沥青路面试样施加交通荷载，驱动机构带动车轮往复运动，对经历不同轴载、不同轴次的透水沥青路面试样进行试验，测试并记录渗透系数随交通荷载增加的变化规律。

本试验中，通过第二激光扫描仪扫描沥青路面试样横截面高程的变化来确定轮迹的位置，对轮迹下方的沥青路面试样进行取样，通过ct扫描仪观察试样内部空隙的变化规律，并得到渗透系数随交通荷载的变化规律。

试验2：细颗粒物运移规律与空隙堵塞机理研究。

利用具有设定级配的细颗粒进行堵塞试验。为模拟自然中反复的降水以及蒸发变干对颗粒堵塞的影响，每次将细颗粒均匀摊铺在透水路面试样上表面之后即开启供水装置，通过流量控制阀调节水的流量，利用不同强度的降水对颗粒进行冲刷，然后再等待其蒸发变干，进行取样，通过ct扫描观察试样内部的空隙中颗粒堵塞的变化规律。

试验3：交通荷载、泥沙与雨水综合作用下渗透性衰减的机理研究。

由于高速运动的车轮可能对轮迹带上的空隙产生泵吸作用，因此，交通荷载与颗粒堵塞共同作用不是将两种作用导致渗透性衰减结果简单的叠加。

为了同时考虑两种作用，试验前在沥青路面试样上表面均匀撒布颗粒物，然后开启供水装置，模拟降水。

然后采用试验1的方法对沥青路面试样施加往复的交通荷载。

本实施例中，进行多组实验，每组撒布不同量的颗粒物，模拟降水后不同堵塞程度的透水沥青路面，还需要分别进行不同含水量(非饱和、饱和、路面有积水等)沥青路面试样下的试验。

试验时，利用第一摄像机，能够采集路面颗粒在车轮荷载作用下的分布图像，进而研究路面颗粒在车轮荷载作用下的分布规律，第一激光扫描仪能够配合第二摄像机工作，观察颗粒扬起情况，记录颗粒扬起特性。

试验结束后对轮迹带下方的沥青路面样品进行取样，通过ct扫描仪观察路面内部的空隙及堵塞的变化规律。

本实施例中，通过设置不同的厚度、层数、空隙率、集料粒径级配、外加剂等路面结构参数，对不同沥青路面试样重复试验3，通过参数敏感性分析检验不同路面结构对提升透水耐久性的影响，能够得到具有延缓渗透性衰减功能的透水沥青路面结构。

本实施例对于车辆荷载的模拟采用的是橡胶车轮对试验路面进行单向加载，该加载方式更能模拟真实路面车辆荷载的加载形式，同时附有花纹的橡胶车轮还可以研究车轮纹理对路面渗透性影响的变化情况。

本实施例中，控制系统采用控制计算机，能够在计算机界面中输入车辆荷载大小、轴次数量、车辆荷载速率、降雨量大小，只进行降雨模拟是车辆荷载大小输入0；只进行车辆模拟时降雨量大小输入0，同时能够利用计算机界面向控制系统发送指令，控制驱动电机、电动液压升降杆等元件的工作，操作方便。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。