[发明专利]一种公路路基填料抗冲刷性能试验装置及方法

权利要求书

1.一种公路路基填料抗冲刷性能试验装置的试验方法，基于一种公路路基填料抗冲刷性能试验装置，包括：

水箱，其中设有水泵、加热器、水温传感器以及水温显示器；

冲刷管道，其一端通过进水管道与水泵的出水口连接，另一端通过回水管道与所述水箱的回水口连接；冲刷管道上设有一段可供观察的呈水平布置的透明观察管段，所述透明观察管段的底部管壁上设有开孔，所述开孔上可拆卸的密封连接有呈竖向布置的取样筒；

活塞，其从取样筒下端的开口端伸入所述取样筒中，活塞上表面设有试样托盘；

试样推送机构，与所述活塞驱动连接，用于将试样以一定速率送入冲刷管道内；

流量计，设置在所述进水管道上；

流量控制阀，设置在所述回水管道上；

沉淀池和过滤器，设置在所述回水管道和流量控制阀之间，回水水流依次流经过沉淀池、过滤器后回流至水箱中；

位移传感器，用于测量试验过程中试样向上推送的高度；

水压传感器，用于实时测量冲刷管内动水压力；

主控制器，其信号输入端与所述流量计、位移传感器和水压传感器连接，主控制器的信号输出端与所述试样推送机构和水泵电连接；

所述试样推送机构包括两个，分别是手动推送机构和电动推送机构，其中，所述手动推送机构包括：齿轮箱、涡轮蜗杆机构、竖向导杆和横杆，其中，所述齿轮箱中设有三个齿轮，分别是位于齿轮箱内左右两侧的两个涡轮、以及设置在两个涡轮之间且与两个涡轮同时啮合的手动齿轮，所述手动齿轮的轮轴上连接手动旋转轮；

每个涡轮的另一侧分别传动连接有一空心蜗杆，空心蜗杆滑动套接在所述竖向导杆上，两根空心蜗杆的上端之间连接所述横杆，横杆上端固定连接所述活塞杆；

所述电动推送机构包括：电机和减速机，其中所述电机输出端与减速机输入端连接，减速机输出端与齿轮箱中任一涡轮的轮轴连接；

其特征在于，包括以下步骤：

1）使用特定规格的取样筒直接对试验场地选取典型土样，对试样表面的平整状态进行观察，以保证可冲刷试验的顺利进行，测量的试样密度、试样直径；

2）在活塞涂抹润滑剂之后，向水箱内注水，启动加热器，待水温加热至试验所需温度时，开启电机和水泵，随后将取样筒安装于试样托盘上，通过试样推送机构推动取样筒内部的土样以一定的速率进入冲刷管；

通过所述位移传感器来测量试验过程中试样向上推送的高度，通过所述水压传感器来测量冲刷管内动水压力；

3）调整流速至目标值，通过流量控制阀调节水流冲刷压力对试样表面的作用，与试验流速相对应的冲刷速率采用累计试样质量损失与时间的比值得到；

4）修整试样表面与冲刷管道的底部开孔处平齐，并以更高的流速进行冲刷试验；

5）停止通水，取出取样筒，调换下一份试样，重复上述操作步骤2-4次进行试验；

6）当完成累计6-8组试验，即可得到试验所需的测试结果，并进一步根据相关内容进行处理，在试验结束后，直接从沉淀池底部提取冲刷产物；

采用流量计收集到的水流流量和流速与水压传感器收集到的冲刷管内部水压，根据公式，式中：

τ为试样受到的冲切力，F为水压传感器得到的冲刷管内部的动水压力，v为冲刷管内水体流动速度，υ为试样向上的推送速率，A为经验系数；

得到作用在试样顶部在冲刷管内部受到的冲切力，将由位移传感器收集得到的试样推送高度并根据步骤1）中测量的试样密度、试样直径在试验冲刷结束后计算试样冲刷速率，最后将试样顶部在冲刷管内部受到的冲切力与试样冲刷速率绘制成图，用来定量刻画试样的抗冲刷性能。

2.根据权利要求1所述的公路路基填料抗冲刷性能试验装置的试验方法，其特征在于，所述位移传感器为回弹式位移传感器，其型号是KTR11-50mm，安装在试样托盘与取样筒接触面。

3.根据权利要求1所述的公路路基填料抗冲刷性能试验装置的试验方法，其特征在于，所述水压传感器安装在冲刷管进水口位置。

4.根据权利要求2所述的公路路基填料抗冲刷性能试验装置的试验方法，其特征在于，所述电机为伺服电机。