一种水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置，包括落锤荷载施加系统、落锤承载冲刷作用板、冲刷工作水槽；所述落锤承载冲刷作用板包括刚性承载板、水力脉冲冲刷板及橡胶垫；所述刚性承载板底部嵌固应力传感器，且应力传感器穿过橡胶垫与水力脉冲冲刷板接触；所述冲刷工作水槽内与水力脉冲冲刷板对应位置处放置试样；所述落锤荷载施加系统产生不同等级的冲击荷载，并直接作用于刚性承载板，经橡胶垫传递到水力脉冲冲刷板，水力脉冲冲刷板击打冲刷工作水槽中水体形成单元体试样表面水力冲刷作用。本发明专利技术可适用于不同轮载循环冲击水平下道用半刚性基层材料长期耐久性能研究的物理试验测试。性能研究的物理试验测试。性能研究的物理试验测试。

【技术实现步骤摘要】
一种水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，具体涉及一种水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置。

技术介绍

[0002]公路、机场等道面结构中，基层直接位于面层下，主要起承重、扩散道面轮载作用，基层材料耐久性能影响道面结构使用寿命及其运营成本与质量。长期以来，水泥稳定半刚性基层材料良好工程特性和经济优势，广泛应用于公路、机场等道面基层。但是，随着道路长期运营，水稳半刚性材料耐久性问题逐渐凸显，且试验评价方法滞后于工程实践。
[0003]工程实践揭示，道面半刚性基层破坏主要因素为超重轮载作用及其赋水冲刷破坏作用。尤其是半刚性材料特别是无机结合料稳定细粒土类材料的抗冲刷能力不足，易引起路面的早期破坏。长期运营过程中，当表面水等进入路面结构层，且未能及时排出而滞留在面层和基层之间时，基层局部潮湿甚至饱水，此时车辆、飞机轮载作用于路面并传递至基层的瞬时脉冲荷载作用，会产生高压动水压力，导致基层材料损伤累积，甚至细料会被这种动水压力冲刷掉，因此，轮载长期循环脉冲荷载作用下导致路面基层材料破坏。轮载循环作用下，基层材料水力冲刷产生的细料，就会积少成多，在路面裂缝中形成细料浆，久而久之，在行车荷载作用下，细料浆被逐渐挤出，路面出现“唧泥现象”，这种现象在沥青路面和水泥混凝土路面普遍存在。一旦基层材料产生冲刷，并由此导致面层和基层之间的脱空现象，接下来便进入恶性劣化循环，道路破坏的进程也会越来越快，在交通(超载车辆、重型飞机降落)重载循环作用，这种现象更为明显。
[0004]随着基础工程建设规模提升，港口、机场等大型基础工程建设中，半刚性基层材料已经成为各种道路建设必不可少的材料。但是随着飞机轮载增大，主起落架起落轮载对道路冲击作用增加，对半刚性基层材料的影响进一步加剧，机场跑道的使用功能以及半刚性材料的耐久性能问题亦更加突出。
[0005]现行规范虽然对基层材料提出满足抗冲刷能力和刚度要求，但仅限于定性建议。同时在《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51
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2009)一文中提出材料抗冲刷试验方法，缺乏统一的冲刷试验设备，并且该冲刷试验设备价格昂贵导致不能广泛应用，各科研单位采用自研仪器设备，所研制的设备参数不同、评价结果各异；且对于起落轮载冲击作用的研究仅限于现场测试以及数值理论模拟，未见有室内物理试验研究报道。因此，有必要研制一种操作方便，价格低廉的统一水稳材料水力冲刷室内物理试验仪器，以便于开展不同(超重)轮载水平作用下道用半刚性基层材料长期耐久性能试验评价。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种适用于不同轮载循环冲击水平下道用半刚性基层材料长期耐久性能研究的水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置。
[0007]技术方案：本专利技术的技术方案包括自上而下设置的落锤荷载施加系统、落锤承载
冲刷作用板、冲刷工作水槽；所述落锤承载冲刷作用板包括刚性承载板、设置在刚性承载板底面中央的水力脉冲冲刷板、连接在刚性承载板和水力脉冲冲刷板之间的橡胶垫；所述刚性承载板底部嵌固应力传感器，且应力传感器穿过橡胶垫与水力脉冲冲刷板接触；所述冲刷工作水槽内与水力脉冲冲刷板对应位置处放置试样；所述落锤荷载施加系统产生不同等级的冲击荷载，并直接作用于刚性承载板，经橡胶垫传递到水力脉冲冲刷板，水力脉冲冲刷板击打冲刷工作水槽中水体形成单元体试样表面水力冲刷作用。
[0008]所述落锤荷载施加系统包括多个堆叠设置的落锤和多个竖直设置的导向杆，多个导向杆呈阵列布置，落锤套设在多个导向杆上并沿导向杆向下滑动；通过控制落锤下落的数量与落距来产生不同等级的冲击荷载，以产生不同轮载水平。
[0009]所述落锤荷载施加系统采用液压升起自脱落调节加载控制，能够实现荷载多级施加和落锤起重自动控制。
[0010]所述应力传感器与外部设备连接，用于监测施加在水力脉冲冲刷板上的水力冲刷脉冲荷载反作用。
[0011]所述导向杆下方设置复限位回弹装置，复限位回弹装置包括刚性限位支座，刚性限位支座中央开设用于放置弹簧的凹槽；所述弹簧竖直放置在凹槽内且顶部伸出凹槽，弹簧顶面设置有限位板；所述刚性限位支座顶面设置橡胶圈，保证冲刷板试验过程中始终与试样冲刷表面脱离。
[0012]所述冲刷工作水槽顶面设置一圈引流回水罩，避免冲击荷载瞬时施加时水体急剧外溢，可以引流回水，减少水体溢流，维持冲刷工作槽内水位稳定。
[0013]所述试样下方设置垫块，试样的高度低于冲刷工作水槽内的工作水位线，确保试样完全处于槽内水中。
[0014]所述试样外贴设击实筒，击实筒分为两半，通过螺栓旋紧并固定在冲刷工作水槽内底面，击实筒能够保证冲刷工作时试样稳定不被偏斜。
[0015]所述击实筒上套设护筒，护筒外边缘与试样表面齐平，可以保护试样边缘不被压力破坏。
[0016]还包括补水系统和水位控制阀，所述水位控制阀安装在补水系统上且与冲刷工作水槽内的水体接触，能够控制水位稳定。
[0017]有益效果：本专利技术的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：可适用于不同轮载循环冲击水平下道用半刚性基层材料长期耐久性能研究的室内物理试验测试；结合不同轮载水平的水力脉冲荷载循环作用，水稳基层表面水力冲刷物理模拟试验，结合循环冲刷规定机制试样质量损失率测试，可分析水稳材料抗冲刷耐久性能，为公路、机场道用半刚性基层材料耐久性研究和控制提供相关设计依据。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术未安装落锤和刚性承载板状态下的俯视图；
[0020]图3为图1中复限位回弹装置的局部放大图。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施方式和说明书附图对本专利技术的技术方案进一步介绍。
[0022]如图1和图2所示，本专利技术包括自上而下设置的落锤荷载施加系统、落锤承载冲刷作用板、冲刷工作水槽16。落锤荷载施加系统采用液压升起自脱落调节加载控制，能够实现荷载多级施加和落锤起重自动控制；落锤荷载施加系统包括多个堆叠设置的落锤1和多个竖直设置的导向杆2，多个导向杆2呈阵列布置，多个落锤1逐一套设在多个导向杆2上并可以沿导向杆2向下滑动。通过控制落锤1下落的数量与落距来产生不同等级的冲击荷载，具体地，落锤1的质量为(1200
±
60)kg，最大可产生(300
±
15)kN的冲击荷载。落锤荷载施加系统可给路面施加三级荷载，分别为50kN，150kN，300kN，可产生轻型、中型、重型等三种轮载水平对下方的落锤承载冲刷作用板产生冲击。本实施例中，装配落锤采用了三根导向杆，三角形平面布置，落锤循环冲击更加稳定。
[0023]落锤承载冲刷作用板可适时监控水力脉冲荷载特征，包括水力脉冲冲刷板3、橡胶垫6、刚性承载板7。水力脉冲冲刷板3设置在刚性承载板7底面中央，橡胶垫6连接在刚性承载板7和水力脉冲冲刷板3之间。落锤荷载施加系统产生不同等级的冲击荷载，并直接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置，其特征在于：包括自上而下设置的落锤荷载施加系统、落锤承载冲刷作用板、冲刷工作水槽(16)；所述落锤承载冲刷作用板包括刚性承载板(7)、设置在刚性承载板(7)底面中央的水力脉冲冲刷板(3)、连接在刚性承载板(7)和水力脉冲冲刷板(3)之间的橡胶垫(6)；所述刚性承载板(7)底部嵌固应力传感器(5)，且应力传感器(5)穿过橡胶垫(6)与水力脉冲冲刷板(3)接触；所述冲刷工作水槽(16)内与水力脉冲冲刷板(3)对应位置处放置试样(12)；所述落锤荷载施加系统产生不同等级的冲击荷载，并直接作用于刚性承载板(7)，经橡胶垫(6)传递到水力脉冲冲刷板(3)，水力脉冲冲刷板(3)击打冲刷工作水槽(16)中水体形成单元体试样表面水力冲刷作用。2.根据权利要求1所述水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置，其特征在于：所述落锤荷载施加系统包括多个堆叠设置的落锤(1)和多个竖直设置的导向杆(2)，多个导向杆(2)呈阵列布置，落锤(1)套设在多个导向杆(2)上并沿导向杆(2)向下滑动；通过控制落锤(1)下落的数量与落距来产生不同等级的冲击荷载。3.根据权利要求2所述水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置，其特征在于：所述落锤荷载施加系统采用液压升起自脱落调节加载控制。4.根据权利要求1所述水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置，其特征在于：所述应力传感器(5)与外部设备连接，用于监测施加在水力脉冲冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志军，田新涛，石名磊，张瑞坤，杜旭阳，王华进，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：