[发明专利]一种公路路基填料抗冲刷性能试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种公路路基填料抗冲刷性能试验装置及方法，装置包括水箱、取样筒、冲刷管道和试样推送机构，所述冲刷管道的进出水口与水箱连接，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；所述试样推送机构将试样以一定速率送入冲刷管道内，相关测量装置，以测量该过程所需的物理量。相比于其他冲刷试验方法，该试验方法可以在保持原状土的条件下通过调节流量控制阀来控制作用在试样表面的水流冲刷力，而且冲刷试验过程中路基材料的试验条件可根据实际情况进行个性化调节，从而对相应土样的抗冲刷性能作出定性和定量的评价。

技术领域

本发明涉及一种公路路基填料抗冲刷性能试验装置，属于道路工程材料抗冲刷性能测试手段领域。

背景技术

对于路基材料冲刷特性的研究，最早起源于20世纪80年代的美国，紧接着各国的相关专业科研工作者也开始了大量的关于路基填料抗冲刷性能的研究，相应的取得了众多丰硕的成果，其中主要以Tia、Dixon、Dempsey、Van wijk、Hansen 、Robertson等为主要的代表人物。

早期的冲刷试验方法主要是法国，在法国，进行冲刷试验主要使用的是旋转的钢丝来模拟水流对路基填料的冲刷过程，其基本原理就是通过运用以一定速度旋转的钢丝刷连续对指定试样的表面进行磨蚀，通过将每个试样被钢丝刷磨蚀下来的试验质量作为衡量该填料或填料配比下的冲刷性能，该试验装置的缺点在于其整个试验过程没有水的参与，这与现实实际情况是不相符的。

在我国的道路工程建设中，普遍使用水泥、粉煤灰和石灰等材料作为路基的主要填料，在部分道路建设中，又难以避免水流冲刷和降雨冲刷的影响，以至于对于路基填料的抗冲刷性有一定的要求，我国众多科研工作者便对这方面的问题进行了大量的试验研究，其研究面涉猎广泛，包括有试验装置的创新、冲刷机理的分析、无机填料的掺量及其配合比以及相关的研究方法等，沙爱民和胡力群通过试验研究，不断的改进试验方法，设计出了相应的用于研究基层材料的试验装置，并对基层填料的冲刷特性做了评估，雷勇通过自主研发的基层材料冲刷试验装置，研究了影响水泥稳定碎石基层材料的抗冲刷性能的因素。除此之外还有很多学者研发了用于模拟路基填料冲刷的试验装置，如潘宝峰、丁晓冬、张景君等。上述相关装置的研制在一定程度上为与之相关的研究工作提供了方便，但是根据其所建立的装置及研究内容来看，其装置的适用范围有明显的局限性，且装置多依赖于振动台装置，试验条件的设置与实际情况相差较大，从而给试验结果带来较大的误差。

对于用于评价材料抗冲刷特性的指标，我国没有相关的规范来明确指出，众多研究工作者也根据自己的试验研究提出了自己的建议，其中张敏江、关贺等和关增智在公开发表的《半刚性基层材料抗冲刷性能的研究》论文中均认为应将3min-13min的冲刷率作为其评价抗冲刷性能好坏的标准，而张建军和谢韶《半刚性基层抗冲刷性能分析》认为，前期的冲刷数据存在较大的人为干扰因素，应将前3min的冲刷量不计算在内；对于评价路基填料冲刷性能指标的选取，郝培文、黄俭才、胡长顺、何小兵、滕旭秋等人均作了研究，且指标选取标准不一，对于初学者而言较难选取。

综上所述，国内外现有的抗冲刷试验装置及其衡量指标主要存在以下不足：

1）在沙爱民和胡力群发表的论文《半刚性基层材料抗冲刷性能试验方法研究》中提到了旋转刷试验，该试验试样质量的损失是由以一定速度旋转钢丝刷与试样表面之间的摩擦引起的，而旋转剪切试验的冲刷效果是利用旋转着的水流对试件表面的剪切力造成的，其整个试验过程没有水的参与，这与现实实际情况是不相符的；

2）旋转刷试验和旋转剪切试验的评价指标均采用试样的冲刷率，但是对于冲刷率对应时间段的选取，没有统一的定论；

3）目前尚无被广大学者普遍认可的用于评价路基填料抗冲刷性能的标准试验方法。