一种基于三维探地雷达的沥青路面层间接触状态评价方法

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1.本发明属于三维探地雷达检测技术领域，尤其是涉及一种基于三维探地雷达的沥青路面层间接触状态评价方法。


背景技术：

2.沥青路面层间接触状态是影响沥青路面病害发展的重要原因之一。沥青路面层间接触状态的衰减会使各结构层的应力、应变发生极大改变。当层间接触不良时，道路结构在荷载作用下面层底部会由受压状态变为受拉状态，极大的增加了发生反射裂缝的可能性；当层间接触状态由完全连续变化到完全滑动时，路面结构的力学性能明显减弱，使用寿命大幅降低。
3.目前对于层间状态表征，一般只假定完全连续或完全滑动两种绝对状态，我国沥青路面施工技术规范中对层间连接状态评价未形成完善体系，在实际施工中由于材料、工序、人为、自然因素、荷载等原因，导致半刚性基层和沥青面层之间并不能够达到完全的连续接触，界面上的应变、应变不能够实现完全协调，使得接触不连续甚至产生滑动。如何准确测定这种中间状态的层间接触进行界定和表征就显得尤为重要，表征指标已然成为试验与理论之间的桥梁。
4.在本发明出现之前沥青路面层间接触状态的表征主要是从模量和系数两个方面入手，如下表所示。
[0005][0006]
由于层间状态比较复杂，用这些方法来表征层间接触状态各有各的优势和劣势，比如有的方法描述不准确，有的方法需要进行大量的平行试验等等。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的就是针对现有技术中存在的不足提供一种基于三维探地雷达的沥青路面层间接触状态评价方法，能够有效解决现有三维探地雷达技术在沥青路面层间接触状态现场评价方面的问题。
[0008]
一种基于三维探地雷达的沥青路面层间接触状态评价方法，包括如下步骤：
[0009]
步骤1：对待检测沥青路面进行雷达无损检测，采集三维探地雷达数据并对沥青路面各结构层进行划分；
[0010]
步骤2：对三维探地雷达数据进行干扰抑制、傅里叶变换、背景滤波处理；基于处理后三维探地雷达数据，根据沥青路面各结构层相对介电常数得到每个结构层反射波振幅强度，进而得到不同结构层层间界面反射振幅数据；所述层间界面反射振幅数据是每个结构层反射波振幅强度值点的数据集合；
[0011]
步骤3：在路面长度方向上，将沥青路面划分成层间接触状态单元，计算各单元内反射波振幅强度平均值并作为该单元振幅强度代表值，统计各车道反射振幅代表值并汇总得到全幅路面反射振幅代表值数据集ri，利用绘图软件绘制各车道振幅频率分布曲线；
[0012]
步骤4：基于步骤3得到的各车道反射振幅代表值及累计分布频率，结合钻芯取样的芯样情况和路表破损情况，对层间接触状态进行评价。
[0013]
进一步地，所述的反射波振幅强度：
[0014][0015]
其中，r为沥青层间反射系数，即反射波振幅强度；ε1为上层沥青层材料相对介电常数；ε2为下层沥青层材料相对介电常数。
[0016]
进一步地，所述得到不同结构层层间界面反射振幅数据的过程中，按照延行车方向和行车垂直方向构成的平面划分反射波振幅强度采集区域，每个区域对应一个反射波振幅强度值。
[0017]
进一步地，所述反射波振幅强度采集区域大小为10cm
×
10cm。
[0018]
进一步地，步骤3所述将沥青路面划分成层间接触状态单元的过程中，在路面长度方向上，以2m～10m划分层间接触状态单元。
[0019]
进一步地，步骤1所述采集三维探地雷达数据并对沥青路面各结构层进行划分的过程包括以下步骤：
[0020]
先对沥青路面雷达数据整体采集，然后利用结构层振幅特点，在雷达数据分析软件上追踪层位线，进而完成结构层划分。
[0021]
进一步地，步骤4所述结合钻芯取样的芯样情况和路表破损情况，对层间接触状态进行评价的过程包括以下步骤：
[0022]
针对相同检测车道，在不同的反射振幅代表值区间内进行钻芯取样；同时利用路面损坏状况指数pci对路表破损情况进行评价；
[0023]
基于反射振幅代表值区间基于累计频率区间，根据不同反射振幅对应的钻芯取样结果和路表破损情况对层间接触状态进行评价。
[0024]
进一步地，所述的累计频率是指按照振幅强度从小到大出现的概率进行累加所得的累计频率曲线；横坐标为振幅强度大小，纵坐标为0％-100％。
[0025]
进一步地，步骤4所述的钻芯取样过程中，针对相同检测车道，应在不同的反射振幅代表值区间内各取2点进行钻芯取样。
[0026]
进一步地，所述的钻芯取样结果根据芯样的完整性、层间连续性、有无内部裂缝情况进行确定。
[0027]
本发明的有益效果为：
[0028]
本发明通过分析三维探地雷达沥青路面同相轴层间振幅检测数据，能够对层间接触状态进行准确评估，能够有效解决沥青路面层间接触状态现场评价、预防性养护方面的
问题。尤其是本发明利用三维探地雷达检测后得到的界面同相轴振幅数据，通过统计的方法得到振幅数据的分布曲线，根据得到的曲线及钻孔取芯验证，来划分层间接触状态。这种方法相比传统方法的特点在于利用大量经过数据分析后的界面同相轴振幅强度值来反映层间接触状态，结果直观且更加客观准确，而且可以避免进行大量的平行试验，从而减少试验工作量，提高试验和评价的效率。
附图说明：
[0029]
图1为一种基于三维探地雷达的沥青路面层间接触状态评价方法流程图。
具体实施方式：
[0030]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0031]
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0032]
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，
[0033]
一种基于三维探地雷达的沥青路面层间接触状态评价方法，包括如下步骤：
[0034]
步骤1：进行三维探地雷达选择、安装、准备工作，准备完成后，三维探地雷达具有雷达数据浅层分辨率高、探测深度大的优点；对待检测沥青路面进行雷达无损检测，采集三维探地雷达数据并对沥青路面各结构层进行划分；
[0035]
采集三维探地雷达数据并对沥青路面各结构层进行划分的过程中，先对沥青路面雷达数据整体采集，采集完成后利用结构层振幅增大的特点，在雷达数据分析软件上追踪层位线，进而完成结构层划分的操作。
[0036]
步骤2：对三维探地雷达数据进行干扰抑制、傅里叶变换、背景滤波处理，去除原始信号中的电磁干扰、浅层信号波的影响，基于处理后三维探地雷达数据，根据沥青路面各结构层相对介电常数得到每个结构层反射波振幅强度，进而得到不同结构层层间界面反射振幅数据；层间界面反射振幅数据是每个结构层反射波振幅强度值点的数据集合，一般延行车方向约10cm，行车垂直方向约10cm采集一个反射波振幅强度值(10cm
×
10cm)；
[0037]
反射波振幅强度：
[0038][0039]
其中，r为沥青层间反射系数，即反射波振幅强度；ε1为上层沥青层材料相对介电常数；ε2为下层沥青层材料相对介电常数；
[0040]
反射波振幅强度主要受两个因素影响：
[0041]
a、电磁波能量受传播距离的增加而衰减，因此距地表越深的结构层反射波振幅比浅层的小；b、相邻结构层材料介电常数差异越大，反射波振幅强度越大(公式(1)的原理)，因此当结构层层间不良，出现空隙(空气)、含水层等不连续的情况时，相对介电常数差异将
远大于连续情况。
[0042]
由于工程中检测的是同一结构层振幅强度，深度相对一致(电磁波传播距离一致)，所以本实施方式忽略因素a的影响。
[0043]
步骤3：在路面长度方向上，将沥青路面划分成2m～10m的层间接触状态单元，计算各单元内反射波振幅强度平均值并作为该单元振幅强度代表值，统计各车道反射振幅代表值并汇总得到全幅路面反射振幅代表值数据集ri(i表示车道的各单元)，利用绘图软件绘制各车道振幅频率分布曲线；
[0044]
由于三维探地雷达检测一次可得到一定道路宽度的雷达数据，本实施方式中数据网格为10cm
×
10cm，所以在路面长度方向划分单元后，一个单元内有数个振幅强度值点，因此需要将它们取均值。
[0045]
步骤4：基于步骤3得到的各车道反射振幅代表值及累计分布频率，通过钻芯取样方法，将层间接触划分为良好、一般、较差三个状态。
[0046]
具体的，在步骤4中，相同检测车道钻芯取样应在三个反射振幅代表值区间(0,1mm)、(1mm,2mm)、(2mm,+∞)各取2点，芯样应根据完整性、层间连续性、有无内部裂缝综合评价，评价过程中利用路面损坏状况指数pci评价路表破损情况；根据相对应的反射振幅代表值区间(0,1mm)、(1mm,2mm)、(2mm,+∞)，累计频率区间(0,50％)、(50％,95％)、(95％,100％)，根据不同反射振幅钻芯取样结果，路表破损情况综合判断层间接触状态的良好、一般、较差三个接触状态。
[0047]
所述的累计频率指的是按照振幅强度从小到大出现的概率进行累加所得的累计频率曲线。横坐标为振幅强度大小，纵坐标为0％-100％。
[0048]
良好：芯样完整连续，振幅代表区间(0,1mm)，pci评价优或良，累计相对频率区间低于50％；
[0049]
一般：芯样较为完好，可存在局部裂缝或空隙(小于5mm)，振幅代表区间(1mm,2mm)，pci评价良或中，累计相对频率区间(50％,95％)；
[0050]
较差：芯样破损、不完整，振幅代表区间(2mm,+∞)，pci评价次或差，累计相对频率大于95％。
[0051]
实施例
[0052]
利用具体实施方式一的方法进行评价，某一级公路道路检测全长共10km，设计车速80km/h，路基宽度21.5m，路面破损情况pci以500m为单元进行评价。对待检测沥青路面进行雷达无损检测，采集三维探地雷达数据；对三维探地雷达数据进行干扰抑制、傅里叶变换、背景滤波处理，去除原始信号中的电磁干扰、浅层信号波的影响，基于处理后三维探地雷达数据中提取与沥青路面各结构层相对介电常数有关的层位界面同相轴振幅；将沥青路面划分成2m的层间接触状态单元，各单元内反射波振幅强度平均值作为该单元振幅强度代表值，统计全幅路面反射振幅代表值数据集ri，绘制各车道振幅频率分布曲线；根据相对应的反射振幅代表值区间(0,1mm)、(1mm,2mm)、(2mm,+∞)，累计相对频率区间(0,50％)、(50％,95％)、(95％,100％)，不同反射振幅钻芯取样结果，路表破损情况综合标定层间接触状态的良好、一般、较差三个接触状态，表1所述为面层-基层层间接触状态标定情况。
[0053]
表1层间接触状态标定表
[0054][0055][0056]
以500m为层间接触状态评价单元，表2所述为10km检测公路评价结果汇总。
[0057]
表2层间接触状态评定表
[0058]
[0059][0060]
本发明基于从事此类产品丰富的实务经验及专业知识，设计了一种基于三维探地雷达的沥青路面层间接触状态评价方法，能够有效解决现有三维探地雷达技术在沥青路面层间接触状态现场评价、预防性养护方面的问题。相比背景技术中的现有技术，本发明利用三维探地雷达检测后得到的界面同相轴振幅数据，通过统计的方法得到振幅数据的分布曲线，根据得到的曲线及钻孔取芯验证，来划分层间接触状态。这种方法相比传统方法的特点在于利用大量经过数据分析后的界面同相轴振幅强度值来反映层间接触状态，结果直观且更加客观准确。
[0061]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。