[发明专利]一种路基服役性能的健康诊断装置与方法

说明书

本公开公开的一种路基服役性能的健康诊断装置及方法，包括：加载装置，用于向道路施加荷载；数据采集装置，用于采集向道路施加荷载时路面产生的应力和竖向位移；数据分析装置，用于对竖向位移信号进行频谱分析，获得路面层瑞利波的传播速度和路面层厚度，根据传播速度获得路面层弹性模量；将应力、竖向位移、路面层弹性模量和路面层厚度输入训练好的路基土体模量计算模型中，获取路基土体弹性模量；根据路面层弹性模量、路基土体弹性模量和路面层厚度，获得路基在标准荷载下的动变形值，根据路基在标准荷载下的动变形值对路基的健康状态进行评估。实现了对路基健康状态的无损检测。

技术领域

本发明涉及路基服役性能健康诊断技术领域，尤其涉及一种路基服役性能的健康诊断装置与方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

路基是道路结构最重要的组成部分之一，决定了道路的长期服役性能。在降雨、蒸发和温度波动等自然因素影响以及日益增长的交通荷载作用下，路基的性能会逐渐劣化，从而引起路面结构的沉陷、开裂，最终使道路结构失效。以往常常是在路面结构发生破坏，比如开裂之后才开始进行修复。若能在路基劣化的初期及时诊断出薄弱路段，再进行注浆等加固处理，就可以有效避免道路结构失效以及路面结构的破坏。

目前常使用钻孔取芯法、贝克曼梁法、落锤式弯沉仪等方法进行道路性能的评价，但现有的这些方法均存在一些不足之处。钻孔取芯虽然可以检测出不同层位道路结构的性能变化，但这是一种有损检测，会对道路产生破坏，且效率低成本高，取样过程中会不可避免对试样造成扰动。

贝克曼梁法需要使用双轴，后轴双侧4轮的标准载重车，用贝克曼梁、百分表及表架组成的路面弯沉仪测试路基路面的回弹弯沉。这种方法需要标准车在较慢的速度下行驶的同时测量回弹弯沉，用标准车后轴的载重除以弯沉值得到道路的回弹模量。这实际上得到的是道路的静态回弹模量，不能反映路基的动态性能，且通过百分表人为读取弯沉值时可能产生较大的误差，需要较多的人员同时测试。在道路修建完成后，通过贝克曼梁法测得的回弹模量值是道路整体的性能，包括路面和路基，不能单独反映出路基的健康状况。

落锤式弯沉仪通过落锤自由落体激振路面，同时记录锤击冲击力以及锤击处的位移，由此计算出道路的回弹模量，可以连续采集道路的弯沉数据。这种测试方法通常需要车载，造价较高，测得的回弹模量同样是道路整体结构的模量，无法单独反映路基的健康状态。

贝克曼梁法测试得到的是标准轴载车辆荷载离开时路面的回弹值，落锤式弯沉仪测试得到的是冲击荷载作用下路面产生的最大变形值。这两种方法通过采集得到的数据反演道路的动回弹模量时，都是基于均匀弹性半空间在静止荷载作用下的理论解。但是实际上道路是典型的层状结构，路面和路基性质相差很大，路基在填筑时也是分层压实的。另一方面，路基土体通常处于非饱和的状态，是一个固-液-气三相同时存在的状态，液体和气体的存在对土体的力学特性有很大的影响。而弹性半空间模型完全忽略了土体介质的多相性，在计算反演时会产生不可避免的误差。

故发明人认为，现有的道路性能评价方法，均无法对道路路基进行无损、快速的健康检测。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种路基服役性能的健康诊断装置与方法，实现了对道路路基健康状态的快速无损检测。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种路基服役性能的健康诊断装置，包括：

加载装置，用于向道路施加荷载；

数据采集装置，用于采集向道路施加荷载时路面产生的应力和竖向位移；