一种预估沥青路面介电常数的试验方法技术

本发明专利技术公开了一种预估沥青路面介电常数的试验方法。沥青路面是由沥青、集料、填料按照一定的比例在高温下拌和而成。为准确地评价沥青路面材料内部的病害和沥青路面个结构层的厚度，通常采用探地雷达进行探测。然而，探地雷达的图谱信号非常复杂，并且沥青路面是一种不均匀的材料，从而导致路面的介电常数求解困难，沥青路面各个反射层的厚度更是难以准确获取。本发明专利技术以AC‑13型沥青路面为试验对象，设置了不同厚度的沥青路面结构层，并利用探地雷达展开了大量的探测试验，根据雷达图谱分析了沥青路面的介电常数变化规律，提出了一种预估沥青路面介电常数试验方法。

【技术实现步骤摘要】
一种预估沥青路面介电常数的试验方法
本专利技术属于道路工程领域，具体涉及一种预估沥青路面介电常数的试验方法。
技术介绍
沥青路面是由沥青、集料、填料在高温下拌和，经碾压后成型。由于沥青混合料级配、沥青用量、长途运输、拌和碾压工艺的影响，导致沥青路面内部空隙分布不均匀，空隙率越小，介电常数越大，空隙率越打，则介电常数越小。由于沥青路面的介电常数对评价路面的均匀性和路用性能非常重要。因此，在道路工程领域，一直非常重视路面介电常数的求解。传统的沥青路面介电常数求解方法包括，直接取芯法、振幅全反射法，但各个方法在计算原理、适用性方面均存在一定的缺陷。直接取芯法操作方便，原理简单，计算准确，但在路面上取芯样是一种破坏性试验，在实际工程中无法大规模获取芯样。此外，沥青路面是非均匀材料，加上路面面层厚度的变化，直接取芯法数量有限，无法代表整个路面的情况。振幅全反射法是一种基于雷达波振幅的计算方法，该模型是基于沥青路面均匀的假设进行推导的，但沥青路面材料是一种非均匀的材料，雷达波信号的振幅有很大的差异。目前，该公式只能定性地比较不同沥青混合料的差异，而不能定量地评价沥青路面的介电常数，尤其是沥青路面的中下面层。因此，该计算方法也存在较大的缺陷，在实际工程中评价结果有较大的误差。目前，我国《公路路基现场测试规程》(JTGE60-2008)的规范中，依然是采用直接取芯法来测定沥青路面的介电常数，而我国公路里程长，如何快速、无损、准确地求解沥青路面的介电常数，一直困扰着道路工程检测部门。针对现有技术中直接取芯法存在破坏性大且无法在实际工程中大规模获取芯样的缺陷、振幅全反射法只能定性地比较不同沥青混合料的差异，而不能定量地评价沥青路面的介电常数的缺陷；本专利技术提供一种预估沥青路面介电常数的试验方法，能够快速计算出沥青路面的介电常数，从而为评估沥青路面的均匀性和路用性能提供参考依据。本专利技术致力于克服以上的困难，推导一种新的预估沥青路面介电常数的试验方法，为快速计算沥青路面的介电常数，从而为评估沥青路面的均匀性和路用性能提供参考依据。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：一种预估沥青路面介电常数的试验方法，其特征在于，设置一组接收天线和发射天线；获取电磁波从发射天线到接收天线所用的总时间T；选取所述电磁波在沥青路面上入射点和出射点的距离为x1；根据t12、d0、x01、x1、c得所述电磁波在空气中传播关系式；根据v、t1、d1、x1得所述电磁波在沥青路面面层传播关系式；其中t1与t12的和等于T；根据x01、x1、d0得所述电磁波进入沥青路面入射角正弦值；根据x1、x01、d1得所述电磁波进入沥青路面面层折射角正弦值；根据所述入射角正弦值、所述折射角正弦值、所述电磁波分别在空气中和沥青路面面层传播关系式，计算得沥青路面面层厚度d1的表达式；根据所述沥青路面面层厚度d1，计算得所述沥青路面的介电常数εr。优选的，所述接收天线、所述发射天线安装于探地雷达上；所述接收天线端设有接收器；所述发射天线端设有发射器；所述电磁波从发射天线到接收天线所用的总时间T由所述探地雷达获取。优选的，将所述发射器与所述接收器固定设置在沥青路面上，且所述发射器与所述接收器平行于沥青路面；所述沥青路面面层各个结构层的界面处均存在反射点与折射点，这些反射点与折射点连成为共中线；所述共中线处于所述发射器与所述接收器的中点；以及记录所述发射器与所述接收器的距离x01、记录所述发射器和所述接收器距离沥青路面工作高度d0。根据t12、d0、x01、x1、c得所述电磁波在空气中传播关系式；根据v、t1、d1、x1得所述电磁波在沥青路面面层传播关系式；其中t1与t12的和等于T；包括：t12+t1＝T(公式三)其中，c为所述电磁波在所述空气中的传播速度；v为所述电磁波在沥青路面中的传播速度；t1为所述电磁波在沥青路面面层传播所用的时间；t12为所述电磁波在空气中传播时间：T所述电磁波从发射天线到接收天线所用的总时间；d0为所述发射器和所述接收器距离沥青路面工作高度；d1为所述沥青路面面层厚度；x01为所述发射器与所述接收器的距离；x1为所述电磁波在沥青路面入射点与出射点的距离。进一步，所述电磁波进入沥青路面入射角正弦值、折射角正弦值的表达式，将参数x01、x1、d0、d1代入得：其中，θ1为所述电磁波进入沥青路面的入射角；θ2为所述电磁波进入沥青路面的折射角；εr为沥青路面介电常数。进一步，所述电磁波在空气中传播的速度十分接近光速c，所述电磁波在沥青路面面层的传播速度v与所述沥青路面材料介电常数εr有关，c、v、εr的关系式：进一步，将公式一、公式二、公式三、公式六、公式七联立求解，得关于沥青路面面层厚度d1的表达式：进一步，将所述沥青路面面层厚度d1代入公式四、公式五、公式六中得所述沥青路面的介电常数εr；本专利技术所提出的新型沥青路面介电常数计算公式，本质上是利用探地雷达的电磁波在沥青路面内部传播的几何关系进行求解。本专利技术与传统的计算方法最大的区别是，采用一组收发天线，使得探地雷达发出的电磁波能明确地被接收或者逃离；因此，在几何关系上更加清晰，雷达图谱上电磁波传播的时间更加明确；此外，本专利技术提出的计算模型还考虑到，探地雷达发射的电磁波是半平面无限大传播过程，各个角度发射的电磁波在遇到介电常数不同的材料时，在界面上发生反射和折射；理论上，所述沥青路面面层各个结构层的界面处均存在反射与折射点，将这些点连成为公中线；所述共中线处于所述发射器与所述接收器的中点。本专利技术在测量时对沥青道路破坏小，能在实际工程中进行测量，其次，不但能定性比较不同沥青混合料的差异，而且能定量地测出沥青路面的介电常数，本专利技术能够快速计算出沥青路面的介电常数，从而为评估沥青路面的均匀性和路用性能提供参考依据。附图说明图1是本专利技术预估沥青路面介电常数试验方法计算模型示意图。图2是本专利技术入射点距离与入射深度关系图。图3是本专利技术探地雷达示意图。图4是本专利技术探地雷达收发天线阵列图。图5是本专利技术雷达图谱示意图。图6是本专利技术雷达电磁波传播过程示意图。图7是本专利技术雷达电磁波反射信号示意图。图8是本专利技术沥青路面芯样示意图。图9是本专利技术振幅全反射法计算模型示意图。图10是本专利技术介电常数比较示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例一提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预估沥青路面介电常数的试验方法，其特征在于，/n设置一组接收天线和发射天线；/n获取电磁波从发射天线到接收天线所用的总时间T；/n选取所述电磁波在沥青路面上入射点和出射点的距离为x

【技术特征摘要】
1.一种预估沥青路面介电常数的试验方法，其特征在于，
设置一组接收天线和发射天线；
获取电磁波从发射天线到接收天线所用的总时间T；
选取所述电磁波在沥青路面上入射点和出射点的距离为x1；
根据t12、d0、x01、x1、c得所述电磁波在空气中传播关系式；根据v、t1、d1、x1得所述电磁波在沥青路面面层传播关系式；其中t1与t12的和等于T；
根据x01、x1、d0得所述电磁波进入沥青路面入射角正弦值；根据x1、x01、d1得所述电磁波进入沥青路面面层折射角正弦值；
根据所述入射角正弦值、所述折射角正弦值、所述电磁波分别在空气中和沥青路面面层传播关系式，计算得沥青路面面层厚度d1的表达式；
根据所述沥青路面面层厚度d1，计算得所述沥青路面的介电常数εr。


2.根据权利要求1所述的一种预估沥青路面介电常数的试验方法，其特征在于，所述接收天线、所述发射天线安装于探地雷达上；所述接收天线端设有接收器；所述发射天线端设有发射器；所述电磁波从发射天线到接收天线所用的总时间T由所述探地雷达获取。


3.根据权利要求1所述的一种预估沥青路面介电常数的试验方法，其特征在于，将所述发射器与所述接收器固定设置在沥青路面上，且所述发射器与所述接收器平行于沥青路面；所述沥青路面面层各个结构层的界面处均存在反射点与折射点，这些反射点与折射点连成为共中线；所述共中线处于所述发射器与所述接收器的中点；
以及记录所述发射器与所述接收器的距离x01、记录所述发射器和所述接收器距离沥青路面工作高度d0。


4.根据权利要求3所述的一种预估沥青路面介电常数的试验方法，其特征在于，根据t12、d0、x01、x1、c得所述电磁波在空气中传播关系式；...

【专利技术属性】
技术研发人员：严守靖，迟凤霞，王洋洋，奚晨晨，章天杰，尤祖铭，韩海航，
申请(专利权)人：浙江省交通运输科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33