多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统

摘要

本发明公开了一种多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统，包括供水装置、有压气体控制装置、CT扫描加载组件和用于模拟水、荷载压力、损伤多场耦合作用的多场耦合模拟装置，所述供水装置和有压气体控制装置分别与多场耦合模拟装置连接，所述CT扫描加载组件设有与所述多场耦合模拟装置配合的接头。该多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统操作方便、结构简单、体积小、可真实模拟水、荷载应力、损伤多场耦合作用。

说明书

技术领域

本发明涉及路面材料渗透性测试技术领域，尤其涉及一种多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统。

背景技术

路面的水损害大多是由于车辆荷载与水的共同作用造成的。路面在车辆荷载作用下，路面材料内部的空隙会逐渐被压密，渗透性变小。随着荷载的不断作用，路面发生疲劳开裂，在高速车辆行驶下，路面中水产生强大的动水压力，在这种强大瞬态压力下，水会较快地渗透进入路面，同时打通部分空隙，使路面的渗透性能进一步加强。车辆荷载的进一步作用使得路面损伤裂纹不断扩展，渗透性能愈来愈大，最终在水-荷-损伤多场耦合作用下发生破坏。故路面材料的渗透性能是一个动态变化的过程。

目前我国没有路面材料渗透系数的标准测试方法，混合料渗透系数的测试借鉴美国ASTM标准，ASTM PS129-01规定了沥青混合料渗透系数的测试方法。ASTM标准为无侧向渗水仪，无侧向渗水仪的基本原理是让量筒里的水渗透饱水沥青混合料并记录达到预先设定水头落差位置的时间间隔，然后用达西定律计算沥青混合料的渗透系数。

高俊启为研究路面在交通荷载作用下的动态渗透性能，设计了动态渗透试验测量系统。此系统通过对试件施加动态有压水来测试材料的渗透性能。南京航空航天大学蒋泽民采用自制路面渗水仪利用达西定律来测定沥青混合料试件在不同水压力下单位时间内的渗水量。此系统通过对试件施加有压水来测试材料的渗透性能。重庆交通大学李荣利用研制的变水头渗透仪和加压渗透仪测试了SMA和AC试件的渗透系数。长安大学郑木莲根据常水头渗透试验原理, 考虑侧壁渗漏、套筒尺寸及测压管位置等因素, 研制出简单实用的常水头多孔混凝土渗透仪。这两种渗透试验装置均是在土的渗透实验装置的基础上进行了改装。以上路面材料渗透试验装置，仅是检测了试件在制作完成后的渗透性能，不能够检测路面材料在水、荷载应力、损伤多场耦合作用下动态实时变化的渗透性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作方便、结构简单、体积小、可真实模拟水、荷载应力、损伤多场耦合作用的多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统，包括供水装置、有压气体控制装置、CT扫描加载组件和用于模拟水、荷载压力、损伤多场耦合作用的多场耦合模拟装置，所述供水装置和有压气体控制装置分别与多场耦合模拟装置连接，所述CT扫描加载组件设有与所述多场耦合模拟装置配合的接头。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述多场耦合模拟装置包括渗水板、疲劳加载装置连接压头、加载压头、有机玻璃筒、上部密封组件、下部密封组件、支撑托盘、橡胶囊、汇水漏斗和渗水管，所述上部密封组件与下部密封组件分设于有机玻璃筒上下两端，所述支撑托盘支撑于下部密封组件下方，所述加载压头上端与疲劳加载装置连接压头连接，下端穿过上部密封组件延伸至有机玻璃筒内，所述汇水漏斗设于有机玻璃筒内并支撑于下部密封组件上，所述渗水管上端与汇水漏斗连接，下端穿过下部密封组件和支撑托盘延伸至外，所述橡胶囊设于有机玻璃筒内，且两端包囊于加载压头与汇水漏斗外，所述加载压头下端与汇水漏斗上端分别设置一件渗水板，所述橡胶囊和渗水板围合成试件安装部，所述供水装置经加载压头上的进水孔连通至加载压头下端的渗水板，所述有压气体控制装置经上部密封组件的进气孔连通至橡胶囊与有机玻璃筒之间的围压腔，所述CT扫描加载组件设有与所述加载压头配合的接头。

所述上部密封组件包括上外盖和上内盖，所述上内盖压紧密封于有机玻璃筒上端，所述上外盖压紧于上内盖上端，所述上外盖与上内盖中部设有锥形配合部，所述下部密封组件包括下外盖和下内盖，所述下内盖压紧密封于有机玻璃筒下端，所述下外盖压紧于下内盖上端，所述下外盖与下内盖中部设有锥形配合部，所述橡胶囊上端压紧密封于上外盖与上内盖之间的锥形配合部，下端压紧密封于下外盖与下内盖之间的锥形配合部。

所述有机玻璃筒外均匀布置有多个螺杆紧固组件，所述螺杆紧固组件下端对下外盖和下内盖紧固连接，上端对上外盖和上内盖紧固连接。

所述加载压头下端设有与渗水板配合的锥形集水腔。

所述汇水漏斗与下部密封组件之间设有可更换的高度调节环。

所述CT扫描加载组件包括上压件、下压件和连接有数显设备的压力传感器，所述下压件下端设有与加载压头配合的凸起，所述压力传感器压紧于上压件及下压件之间，所述压力传感器上端设有传感压头，所述上压件下端设有与传感压头配合的凹槽，所述凹槽内设置有橡胶保护垫，所述下压件上端设有用于对压力传感器周向定位的定位安装槽，所述压力传感器安装于所述定位安装槽内。

所述上压件还包括螺杆加压组件，所述螺杆加压组件包括加压螺杆，所述加压螺杆上端穿过上压件并装设有可对上压件向下施压的加压螺母，所述加压螺杆下端装设有用于连接螺杆紧固组件的连接螺母。

所述供水装置包括压力供水箱、排气组件、进水组件、出水组件、用于提供压力供水箱内部压力气体的进气组件及用于显示压力供水箱内部压力的压力表，所述压力供水箱包括一密封腔体，所述进气组件与密封腔体连通；所述压力表设于所述压力供水箱上，所述进气组件包括进气管道及设于所述进气管道上的进气球阀，所述进气管道设于压力供水箱的顶部，并与压力供水箱连通，所述排气组件包括排气管道及设于所述排气管道上的排气球阀，所述排气管道设于压力供水箱的顶部，并与压力供水箱连通，所述进水组件包括进水管道及进水球阀，所述进水管道与压力供水箱连通，所述进水球阀设于所述进水管道上；所述出水组件包括出水管道、出水球阀及用于检测出水流量的液体流量计，所述出水管道通过快装接头与压力供水箱底部连通，所述出水球阀及液体流量计均设于所述出水管道上，所述出水管道与加载压头上的进水孔连通。

所述有压气体控制装置包括压力气管，所述压力气管一端与压力气源连接，另一端与上部密封组件的进气孔连通，所述压力气管自压力气源端向进气孔端依次设有气压表、排气阀和单向阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统，通过供水装置、有压气体控制装置和多场耦合模拟装置能够真实的模拟水、荷载压力、损伤多场耦合作用，真实反映路面材料渗透性的动态实时变化，通过CT扫描加载组件与多场耦合模拟装置的对接配合，可以实时检测路面材料渗透性，为路面材料渗透性研究提供了更精准的支持。多场耦合模拟装置结构简单、体积小，便于放进环境温度箱，通过对环境温度进行调控，能够实现在不同温度条件下模拟路面材料的水、荷载压力、损伤多场耦合，使模拟环境更加接近真实环境，进一步提高测量结果的准确性。

附图说明

图1是本发明在多场耦合模拟状态下的结构示意图。

图2是本发明在CT扫描状态下的结构示意图。

图中各标号表示：                                                 

1、多场耦合模拟装置；10、渗水板；11、疲劳加载装置连接压头；12、加载压头；121、锥形集水腔；13、有机玻璃筒；131、螺杆紧固组件；14、上部密封组件；141、上外盖；142、上内盖；15、下部密封组件；151、下外盖；152、下内盖；16、支撑托盘；17、橡胶囊；18、汇水漏斗；181、高度调节环；19、渗水管；2、供水装置；21、压力供水箱；22、压力表；23、进气组件；231、进气管道；232、进气球阀；24、排气组件；241、排气管道；242、排气球阀；25、进水组件；251、进水管道；252、进水球阀；26、出水组件；261、出水管道；262、出水球阀；263、液体流量计；264、快装接头；3、有压气体控制装置；31、压力气管；32、气压表；33、排气阀；34、单向阀；4、CT扫描加载组件；41、上压件；411、凹槽；412、橡胶保护垫；413、加压螺杆；414、加压螺母；415、连接螺母；42、下压件；421、定位安装槽；43、压力传感器；431、传感压头。

具体实施方式

下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实施例的多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统，包括供水装置2、有压气体控制装置3、CT扫描加载组件4和用于模拟水、荷载压力、损伤多场耦合作用的多场耦合模拟装置1，供水装置2和有压气体控制装置3分别与多场耦合模拟装置1连接，CT扫描加载组件4设有与多场耦合模拟装置1配合的接头。本发明的多场耦合条件下路面材料渗透性测试系统，通过供水装置2、有压气体控制装置3和多场耦合模拟装置1能够真实的模拟水、荷载压力、损伤多场耦合作用，真实反映路面材料疲劳损坏和渗透性的动态实时变化，通过CT扫描加载组件4与多场耦合模拟装置1的对接配合，可以实时检测路面材料渗透性，为路面材料渗透性研究提供了更精准的支持。

本实施例中，多场耦合模拟装置1包括渗水板10、疲劳加载装置连接压头11、加载压头12、有机玻璃筒13、上部密封组件14、下部密封组件15、支撑托盘16、橡胶囊17、汇水漏斗18和渗水管19。上部密封组件14与下部密封组件15分设于有机玻璃筒13上下两端，支撑托盘16支撑于下部密封组件15下方，加载压头12上端与疲劳加载装置连接压头11连接，下端穿过上部密封组件14延伸至有机玻璃筒13内；汇水漏斗18设于有机玻璃筒13内并支撑于下部密封组件15上，汇水漏斗18与下部密封组件15之间设有可更换的高度调节环181，通过更换不同高度的高度调节环181，可以实现对不同高度的试件检测；渗水管19上端与汇水漏斗18连接，下端穿过下部密封组件15和支撑托盘16延伸至外；橡胶囊17设于有机玻璃筒13内，且两端包囊于加载压头12与汇水漏斗18外，加载压头12下端与汇水漏斗18上端分别设置一件渗水板10，橡胶囊17和渗水板10围合成试件安装部；加载压头12下端设有与渗水板10配合的锥形集水腔121，提高渗水均匀性；供水装置2经加载压头12上的进水孔连通至加载压头12下端的渗水板10；有压气体控制装置3经上部密封组件14的进气孔连通至橡胶囊17与有机玻璃筒13之间的围压腔；CT扫描加载组件4设有与加载压头12配合的接头。该多场耦合模拟装置结构简单、体积小，便于放进环境温度箱，通过对环境温度进行调控，能够实现在不同温度条件下模拟路面材料的水、荷载压力、损伤多场耦合，使模拟环境更加接近真实环境，进一步提高测量结果的准确性。

本实施例中，上部密封组件14包括上外盖141和上内盖142，上内盖142压紧密封于有机玻璃筒13上端，上外盖141压紧于上内盖142上端，上外盖141与上内盖142中部设有锥形配合部，下部密封组件15包括下外盖151和下内盖152，下内盖152压紧密封于有机玻璃筒13下端，下外盖151压紧于下内盖152上端，下外盖151与下内盖152中部设有锥形配合部，橡胶囊17上端压紧密封于上外盖141与上内盖142之间的锥形配合部，下端压紧密封于下外盖151与下内盖152之间的锥形配合部，防止橡胶囊17回缩，橡胶囊17通过自身收缩力将试件固定，有压气体控制装置3向围压腔加压时，橡胶囊17将围压腔的压力传递给试件，实现试件的围压模拟；在锥形配合部设置有钩状结构，用于在密封安装前固定和张紧橡胶囊17的端部，使橡胶囊17端部分布均匀，进一步保证锥形配合部压紧橡胶囊17后的密封效果。

本实施例中，有机玻璃筒13外均匀布置有多个螺杆紧固组件131，螺杆紧固组件131下端对下外盖151和下内盖152紧固连接，上端对上外盖141和上内盖142紧固连接，通过螺杆紧固组件131加强了整个多场耦合模拟装置1的刚性，减少设备因素对测量结果的不良影响。

本实施例中，CT扫描加载组件4包括上压件41、下压件42和连接有数显设备的压力传感器43，下压件42下端设有与加载压头12配合的凸起，压力传感器43压紧于上压件41及下压件42之间，压力传感器43上端设有传感压头431，上压件41下端设有与传感压头431配合的凹槽411，凹槽411内设置有橡胶保护垫412，下压件42上端设有用于对压力传感器43周向定位的定位安装槽421，压力传感器43安装于定位安装槽421内。上压件41还包括螺杆加压组件，螺杆加压组件包括加压螺杆413，加压螺杆413上端穿过上压件41并装设有可对上压件41向下施压的加压螺母414，加压螺杆413下端装设有用于连接螺杆紧固组件131的连接螺母415。加压螺母414通过上下压件将压力直接加载于加载压头12上，压力传感器43检测显示加载载荷数值，待其载荷数值与路面材料渗透性测试系统原载荷数值相同时即可实现试件的CT扫描，其操作方便，结构简单，保证了试件在所受的外力条件（试件受力状态以及相应边界条件）不变的情况下进行CT实时扫描，实现了试件材料内部的细观结构参数的实时获取，试验结果准确可靠。在试件处理时，可对CT扫描所需的断面位置进行反光标记，以便在进行CT实时扫描时，通过激光高度尺测量试件各标记断面的高度，以引导CT扫描准确检测试件的各标记断面。

本实施例中，供水装置2包括压力供水箱21、排气组件24、进水组件25、出水组件26、用于提供压力供水箱21内部压力气体的进气组件23及用于显示压力供水箱21内部压力的压力表22，压力供水箱21包括一密封腔体，进气组件23与密封腔体连通；压力表22设于压力供水箱21上，进气组件23包括进气管道231及设于进气管道231上的进气球阀232，进气管道231设于压力供水箱21的顶部，并与压力供水箱21连通，排气组件24包括排气管道241及设于排气管道241上的排气球阀242，排气管道241设于压力供水箱21的顶部，并与压力供水箱21连通，进水组件25包括进水管道251及进水球阀252，进水管道251与压力供水箱21连通，进水球阀252设于进水管道251上；出水组件26包括出水管道261、出水球阀262及用于检测出水流量的液体流量计263，出水管道261通过快装接头264与压力供水箱21底部连通，出水球阀262及液体流量计263均设于出水管道261上，出水管道261与加载压头12上的进水孔连通。该供水装置2能实时补充水源，为试验提供常水头和变水头；进气组件23撤销供压时箱体仍可维持原有压力，避免了压力撤销时箱内无压力的情况，保证了变水头试验时箱内有恒定的初始水头，有效实现变水头的渗透试验，结构简单，操作方便；同时，采用压力表22可对试验过程中的水压进行精确读数，确保试验的准确性。

本实施例中，有压气体控制装置3包括压力气管31，压力气管31一端与压力气源连接，另一端与上部密封组件14的进气孔连通，压力气管31自压力气源端向进气孔端依次设有气压表32、排气阀33和单向阀34，单向阀34的工作压力为试验所需围压大小，便于围压腔加压后在试验过程中保持压力恒定，确保试验的准确性。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。