[发明专利]一种水稳材料单元体脉冲荷载水力冲刷试验装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

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 E51-2009)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。

发明内容

发明目的：本发明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。

技术方案：本发明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。

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。