一种用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型

技术领域

本发明属于道路工程领域，尤其涉及一种用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型。

背景技术

瑞利波是沿半无限弹性介质自由表面传播的偏振波，在均匀半空间介质中，瑞利波的传播速度与其自身频率无关，仅和介质本身的参数相关；但在层状介质中，瑞利波自身的频率也会对其传播速度产生一定的影响，这种现象称为瑞利波的频散特性。除此之外，瑞利波在传播过程中遇到局部异常体时，其自身能量会发生显著变化及其传播时间会发生延时。基于以上特性，瑞利波可用于对结构中裂缝特征与模量特性进行检测。

当前，应用瑞利波检测道路结构中裂缝特征与模量特性方面的研究仍有待进一步深化，相关研究一方面依赖于数值仿真，另一方面现场试验亦起到关键作用。考虑到现场试验的高成本与道路内部结构的不确定性，发明一种成本较低，组合方便，可模拟多种道路结构裂缝的室内试验装置对相关研究具有高度的实际意义。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型，包括四种型号的16种试验板，可自由组合模拟沥青面层和水稳基层中不同宽度、位置的裂缝，成本较低，组合方便，在进行裂缝特征瑞利波检测试验、研究裂缝对瑞利波信号影响等多方面具有广泛应用。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型，包括第一型试验板和第三型试验板，第一和第三型试验板分别包括一定厚度的上下两层板，上下层水平截面均为正方形；第一型试验板的下层板截面边长小于上层板，上层板上表面水平截面中心处埋设半径r，高度d的铁板，优选的，1cm

第一型试验板的上层板的四个侧面分别记为A、B、C、D面，下层板与其平行的四面亦记作A、B、C、D面；第一型试验板分为以下四类板：

(1)1-1型：上层板的A面不刻槽、B面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从上边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；下层板的A面不刻槽、B面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从上边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；

(2)1-2型：上层板的四面刻槽同1-1型的上层板；下层板的A面不刻槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；

(3)1-3型：上层板的A面不刻槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；下层板的四面刻槽同1-1型的下层板；

(4)1-4型：上层板四面刻槽同1-3型的上层板；下层板四面刻槽同1-2型的下层板；

刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为k，优选的，1mm≤k≤5mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第三型试验板分为以下四类板：

(1)3-1型：刻槽特征同1-1型板；

(2)3-2型：刻槽特征同1-2型板；

(3)3-3型：刻槽特征同1-3型板；

(4)3-4型：刻槽特征同1-4型板；

刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为k，优选的，1mm≤k≤5mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第一型试验板上层板的A、B、C、D面与第三型试验板上层板的A、B、C、D面根据需要任意相接。

一种用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型，包括第二型试验板和第四型试验板，第二和第四型试验板分别包括一定厚度的上下两层板，上下层水平截面均为正方形；第二型试验板的下层板水平截面边长等于上层板，上层板上表面水平截面中心处埋设半径r，高度d的铁板，优选的，1cm

第二型试验板的上层板的四个侧面分别记为A、B、C、D面，下层板与其平行的四面亦记作A、B、C、D面；第二型试验板分为以下四类板：

(1)2-1型：上层板的A面不刻槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；下层板的A面不刻槽、B面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从上边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；

(2)2-2型：上层板的四面刻槽同2-1型的上层板；下层板的A面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、B面不刻槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽；

(3)2-3型：上层板的四面刻槽同2-1型的上层板；下层板的A面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽、C面不刻槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽；

(4)2-4型：上层板的四面刻槽同2-1型的上层板；下层板的A面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、D面不刻槽；

刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为k，优选的，1mm≤k≤5mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第四型试验板分为以下四类板：

(1)4-1型：刻槽特征同2-1型板；

(2)4-2型：刻槽特征同2-2型板；

(3)4-3型：刻槽特征同2-3型板；

(4)4-4型：刻槽特征同2-4型板；

刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为k，优选的，1mm≤k≤5mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第二型试验板上层板的A、B、C、D面与第四型试验板上层板的A、B、C、D面根据需要任意相接。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

现有的瑞利波检测的室内试验中，对不同层位、尺寸裂缝进行检测试验时时需要搭建不同的模型，且模型使用效率低，变更尺寸、位置就要重新搭建模型。本发明提出的用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型为组合式模型，可以自由拆卸重装，模型组成简单，方便实用，共可模拟256种不同形态(位置、类型、宽度、高度)的裂缝。在进行裂缝特征瑞利波检测试验、研究裂缝对瑞利波信号影响等多方面具有广泛应用。

附图说明

图1为第一型试验板的示意图；

图2为第二型试验板的示意图；

图3为第三型试验板的示意图；

图4为第四型试验板的示意图；

图5为试验板配合建构道路模型的示意图；

图6为刻槽尺寸(长度、宽度、高度)的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明所述的一种用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型，包括第一型试验板和第三型试验板，第一和第三型试验板分别包括一定厚度的上下两层板，上下层水平截面均为正方形；第一型试验板的下层板截面边长小于上层板，上层板上表面水平截面中心处埋设半径3cm，高度1mm的铁板；第三型试验板的下层板水平截面边长大于上层板，且其下层板与第一型试验板上层板边长相等，其上层板与第一型试验板下层板边长相等，不埋设铁板。

第一型试验板如图1所示，上层板的四个侧面分别记为A、B、C、D面，下层板与其平行的四面亦记作A、B、C、D面；上层板边长可取为60cm，下层板边长可取为40cm；第一型试验板分为以下四类板：

(1)1-1型：上层板的A面不刻槽、B面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从上边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；下层板的A面不刻槽、B面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从上边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；

(2)1-2型：上层板的四面刻槽同1-1型的上层板；下层板的A面不刻槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；

(3)1-3型：上层板的A面不刻槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；下层板的四面刻槽同1-1型的下层板；

(4)1-4型：上层板四面刻槽同1-3型的上层板；下层板四面刻槽同1-2型的下层板；

刻槽尺寸(长度、宽度、高度)示意如图6，其中刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为3mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第三型试验板如图3所示，上层板边长可取为40cm，下层板边长可取为60cm，根据上下层板四面上刻槽的不同，分为以下四类板：

(1)3-1型：刻槽特征同1-1型板；

(2)3-2型：刻槽特征同1-2型板；

(3)3-3型：刻槽特征同1-3型板；

(4)3-4型：刻槽特征同1-4型板；

刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为3mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第一型试验板上层板的A、B、C、D面与第三型试验板上层板的A、B、C、D面根据需要任意相接。

本发明所述的一种用于瑞利波检测的组合式含裂缝道路模型，包括第二型试验板和第四型试验板，第二和第四型试验板分别包括一定厚度的上下两层板，上下层水平截面均为正方形；第二型试验板的下层板水平截面边长等于上层板，上下层板边长可取为60cm，上层板上表面水平截面中心处埋设半径3cm，高度1mm的铁板；第四型试验板的下层板截面边长等于上层板，上下层板边长可取为30cm，不埋设铁板；

第二型试验板如图2所示，上层板的四个侧面分别记为A、B、C、D面，下层板与其平行的四面亦记作A、B、C、D面；第二型试验板分为以下四类板：

(1)2-1型：上层板的A面不刻槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；下层板的A面不刻槽、B面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、D面从上边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽；

(2)2-2型：上层板的四面刻槽同2-1型的上层板；下层板的A面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、B面不刻槽、C面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽；

(3)2-3型：上层板的四面刻槽同2-1型的上层板；下层板的A面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽、C面不刻槽、D面从下边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽；

(4)2-4型：上层板的四面刻槽同2-1型的上层板；下层板的A面从下边缘起刻高度为上板厚四分之三的槽、B面从下边缘起刻高度为上板厚二分之一的槽、C面从上边缘起刻高度为上板厚四分之一的槽、D面不刻槽；

刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为3mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第四型试验板如图4所示，分为以下四类板：

(1)4-1型：刻槽特征同2-1型.板；

(2)4-2型：刻槽特征同2-2型板；

(3)4-3型：刻槽特征同2-3型板；

(4)4-4型：刻槽特征同2-4型板；

刻槽的水平尺寸为：刻槽宽度为3mm，刻槽长度与相应层板的水平截面边长相等；

第二型试验板上层板的A、B、C、D面与第四型试验板上层板的A、B、C、D面根据需要任意相接。

道路模型试验板的使用方法如下：将板放置于水平地面，第一型试验板与第三型试验板搭配使用，第二型试验板与第四型试验板搭配使用，如图5所示。第一至第四型试验板的上层板厚度可取为18cm，下层板厚度可取为30cm(上下层的厚度取值取决于所需模拟的道路结构各层的厚度，此处给出的值仅为常见的道路结构层厚度值)。两型板的接触边可随意搭配，例如，第一型板上层板的A面可与第三型板的A、B、C、D面根据需要任意搭配。在裂缝宽度方面，若两个接触面均未刻槽，则模拟轻度宽度(0-1cm)的裂缝；若两个接触面中有一边刻槽，则模拟中度宽度(3cm左右)的裂缝；若两个接触面均刻槽，则模拟重度宽度(6cm左右)的裂缝。裂缝位置与裂缝类型(表面裂缝、基层向面层反射裂缝、基层底部裂缝等)亦可通过接触面的搭配实现，共可模拟256种不同形态的裂缝。用于瑞利波检测试验时，检测传感器梁置于上层板上表面，摆放方向与上层板上表面上铁板圆心到两块试验板接触边的垂线相重合，如图5所示。敲击铁板产生激振信号，检测传感器接收瑞利波信号，用于后续分析。

本发明的第一型至第四型试验板应成套使用，如图5所示，这四种板凑成一整套可模拟不同裂缝的检测板。上层材料可为沥青混合料，下层材料可为水稳碎石(推荐采用这两种，上下层还可根据道路实际结构采用素水泥混凝土、配筋混凝土等材料)。

第一至第四型试验板制备方法如下：在模具中制备下层水稳碎石板并养生不小于7天，在模具中制备上层沥青混凝土板并静置不小于1天，上下层试验板脱模后修整至所需尺寸并在其四面按需要刻槽(模拟实际道路上下结构层中的裂缝，通过各型试验板的组合，模拟不同的裂缝形态)。在下层板上表面按0.7-1.5L/m

实施例：

以下为本发明的部分代表性实施例。

实施例一：

模拟反射裂缝：将2-2型试验板的B面与4-2型试验板的B面接触搭配，可模拟基层向面层的反射裂缝。其宽度6mm，高度12cm(面层中4.5cm，基层中7.5cm)。

实施例二：

模拟面层和基层中的独立裂缝：将1-3型试验板的B面与3-3型试验板的B面接触搭配，可模拟面层层底和基层层顶的两道独立裂缝。面层层底裂缝宽度6mm，高度9cm基层层顶裂缝宽度6mm，高度15cm。

实施例三：

模拟面层贯通裂缝：将1-1型试验板的A面与3-1型试验板的A面接触搭配，在上层板中模拟面层表面轻度宽度的贯通裂缝，并在下层板中模拟基层表面轻度宽度的贯通裂缝。

实施例四：

模拟面层与基层贯通裂缝：将2-1型试验板的A面与4-1型试验板的A面接触搭配，可在上层板中模拟面层表面轻度宽度的贯通裂缝，并在下层板中模拟基层表面轻度宽度的贯通裂缝。

实施例五：

模拟基层贯通裂缝：将1-2型试验板的C面与3-1型试验板的C面接触搭配，可模拟贯通基层，上下略错位的裂缝。靠近基层底部的裂缝宽3mm，高度15cm；靠近基层层顶的裂缝宽度3mm，高度15cm。

实施例六：

模拟top-down型裂缝：将1-1型试验板的C面与3-1型试验板的D面接触搭配，可模拟面层中上宽下窄的top-down型裂缝。裂缝上部宽度高度6mm，高度9cm，中部宽度3mm，高度4.5cm，下部还有由于1-1型试验板的C面与3-1型试验板的D面接触不充分而形成的高度4.5mm的轻度宽度裂缝。

实施例七：

模拟基层底部裂缝：将1-2型试验板的B面与3-2型试验板的C面接触搭配，可模拟基层底部上下不等宽的裂缝。裂缝下部宽6mm，高度7.5cm；上部宽度3mm，高度7.5cm。