基于GPR正演技术的路面反射裂缝图像解译研究

为了解决探地雷达图像的病害识别问题,基于有限元法求解三维电磁波波动方程,并编写MATLAB代码进行数值模拟,依托汉十高速路面芯样检测数据建立三维道路真实模型,并建立多种不同损伤程度、形状的反射裂缝,分析电磁波在反射裂缝不同发展阶段的传播规律。结果表明:随着反射裂缝深度的变化,探地雷达图像存在显著的差异,反射电压与裂缝深度存在一定的线性关系,通过实际电压图像可以计算路面反射裂缝的深度。研究结果为分析高速公路路面裂缝病害图像提供理论基础。

高速公路沥青层老化后动态模量变化规律研究

文中基于京港澳高速公路湖北段,在几乎不承受车辆荷载的路肩带钻取路面芯样进行试验分析,研究路面沥青面层老化后动态模量的变化规律,并分析了老化后沥青路面结构响应的变化情况.结果表明:(1)随着老化时间的增加,沥青路面动态模量不断增大;(2)路面上面层动态模量>中面层动态模量>下面层动态模量,随路面深度方向呈下降趋势,且上面层动态模量远大于中、下面层;(3)老化造成的沥青面层动态模量增大使路面路表应力增大,路面在长期老化后更易产生表面裂缝.

沥青路面磨耗指数与抗滑性能指数相关性研究

文中通过探究磨耗指数PWI和抗滑性能指数SRI间的内在联系,尝试用PWI代替SRI进行评价.使用洛杉矶磨耗仪制备不同磨耗程度的粗集料,并按照不同级配成型试件,测量各试件的构造深度和摆值,并计算其PWI与SRI.通过研究集料的磨耗程度与PWI及SRI的相关性进而分析PWI与SRI间的关系.结果表明:①随着粗集料磨耗程度的增加,PWI和SRI相应减小;②随着沥青混合料中粗集料含量增加,PWI相应增大,SRI相应减小;③PWI和SRI间存在较好的指数关系,拟合优度R 2在0.93以上,说明在计算PQI时可以用PWI替代常用的SRI.

紫外老化对抗燃油沥青混凝土抵抗疲劳开裂性能的影响

以埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴BOLE机场改扩建项目为背景,对AC-13型沥青混凝土进行配合比设计,加入抗燃油剂并确定最佳掺量.基于单轴重复直接拉伸试验研究紫外老化对抗燃油沥青混凝土疲劳开裂性能的影响.结果表明:(1)PR AK抗燃油改性剂的最佳掺量为0.6%;(2)计算得到了修正Paris公式参数n_(J_R),说明抗燃油沥青混合料具有较强的抵抗疲劳开裂能力;(3)紫外老化对抗燃油沥青混凝土疲劳开裂性能的影响较为有限.

紫外老化对抗燃油沥青混凝土无损黏弹性能的影响

文中基于埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴BOLE机场改扩建项目中机场沥青道面铺装项目,对抗燃油沥青混凝土进行了配合比设计并确定了抗燃油剂的最佳掺量,基于动态模量试验研究了紫外老化对抗燃油沥青混凝土无损黏弹性能的影响.结果表明:①PR AK抗燃油改性剂的最佳掺量为0.6%;②随着缩减频率的增加,抗燃油沥青混凝土动态模量不断增大,动态模量主曲线呈“S”型曲线,相位角先增大后减小,相位角主曲线呈抛物线形状;③紫外老化前后混合料的无损黏弹性能变化并不明显,即紫外老化对抗燃油沥青混凝土无损黏弹性能的影响并不显著.

沥青混合料介电特性与密度关系研究

为研究沥青混合料介电特性与密度的关系,进行不同压实度条件下沥青混合料介电常数的测定试验。试验采用旋转压实成型试件,通过高温介电常数平台测定不同压实度试件的介电常数,应用复合材料多相介电常数模型计算各试件的毛体积相对密度,与室内水中重法测得实际值相比较验证计算结果的准确性。研究表明:不同级配、集料的矿料介电常数并不相同,矿料介电常数应以标准级配及空隙率试件反算求解,不局限于传统7～9的取值范围;通过Rayleigh模型建立沥青混合料介电常数与毛体积相对密度之间的关系,计算结果与水中重法的测定结果误差小于1%,精度较高;旋转压实成型试件在同一深度处压实不均,沥青混合料毛体积相对密度和空隙率相差分别为0.092和3.5%,试件毛体积相对密度随压实深度增加而逐渐减小。

基于MTS的桥面铺装防水粘结层抗剪性能研究

针对桥面铺装防水粘结层容易出现推移、开裂、脱离等病害的情况,选择武汉四环线工程项目为依托,设计了基于MTS(material testing system)试验系统的直剪试验夹具,制备ES-2稀浆封层和AC-5沥青砂复合试件,对其抗剪切性能进行评价.结果表明,温度对于桥面防水粘结层材料的抗剪强度影响很大,材料的抗剪性能会随着温度升高而急剧降低;AC-5沥青砂较ES-2稀浆封层抗剪强度较大,粘结效果更好;在实际工程中,水泥混凝土桥面板的失养层必须清洁干净,露出质地坚硬且洁净的界面,以避免失养层处发生剪切破坏.

基于修正灰色预测模型的沥青路面使用性能预测

为确定合理的沥青路面养护时机和养护方式,通过解决灰色预测模型依赖初始值的问题,建立修正灰色预测模型,结合汉十高速公路孝襄段沥青路面使用性能检测数据,对比两种模型预测结果的残差与相对平均误差来验证修正灰色预测模型的精确性,并由此计算及预测汉十高速公路孝襄段沥青路面使用性能指数.研究结果表明:①修正灰色预测模型与灰色预测模型相比具有更高的预测精度,同时解决了灰色预测模型依赖初始值的问题;②通过灰色预测模型数据计算得到的沥青路面使用性能指数具有较高的拟合优度R^(2)=0.9985,证明该种方法有较高的预测精度.

沥青混合料介电特性温度-频率等效原理

为量化温度、频率对沥青混合料介电特性的影响,实现无损检测设备在不同温度、频率下的数据统一,通过理论推导建立基于温度、频率的沥青混合料介电模型和温度-频率等效原理,进行不同温度、频率条件下沥青混合料相对介电常数的测量试验。试验采用介电常数测试平台测定2种沥青混合料在30~60℃温度范围、6种频率条件下的相对介电常数和介电损耗,用以验证沥青混合料介电模型和温度-频率等效原理的可靠性。研究结果表明:在30~60℃温度范围内,沥青混合料相对介电常数随温度升高而增大,在1~1000 kHz频率范围内,沥青混合料相对介电常数随频率增大而减小;基于温度、频率的沥青混合料介电模型具有较强的适用性,对2组沥青混合料相对介电常数的拟合优度R2均在0.95以上;温度-频率等效原理对2组沥青混合料相对介电常数的拟合优度R2均在0.90以上,可以作为实现无损检测设备在不同温度、频率条件下数据统一的理论基础。

半刚性基层内水气扩散影响因素

为从水气角度量化沥青路面水损害提供理论依据,探究半刚性基层内水气扩散的影响因素,通过理论推导确定材料厚度和温度条件这两个主要影响因素,设计试验装置和试验方案,探究材料厚度和温度条件对半刚性基层内水气扩散的影响规律。研究结果表明:半刚性基层内水气扩散与其两侧相对湿度差无关,与温度因素和厚度条件相关;水气扩散通量随着材料厚度增大而逐渐减小,且减小趋势逐渐减缓,而水气扩散系数随着材料厚度增大而增大,且增大趋势逐渐减缓,这说明材料厚度增大会在一定程度上阻碍半刚性基层内的水气扩散;水气扩散通量随着温度增大而增大,且增大趋势逐渐加剧,而水气扩散系数随着温度增大而增大,且增大趋势逐渐加剧,这说明温度增大会为水气扩散提供更多的能量,加剧水气在半刚性基层内的扩散。

基于修正帕里斯公式的沥青路面抗开裂性能评价

文中选取路面现场芯样中面层和下面层进行单轴重复直接拉伸试验,采用修正帕里斯公式分析其开裂发展情况分析,选取公式参数n_(JR)评价其抗疲劳开裂性能,并分析了其与路面技术状况评价指标各项参数的相关性.研究表明:①单轴重复直接拉伸试验下,控制应变为20×10^(-6)时,路面沥青混合料处于无损阶段线性粘弹性区间;控制应变为200×10^(-6)时,路面沥青混合料处于损伤阶段;②路面现场芯样中面层的修正帕里斯公式参数n_(JR)均小于下面层,说明长期服役后沥青路面下面层相比中面层更易发生疲劳开裂.③修正帕里斯公式参数n_(JR)与传统的公路技术状况评价指标不存在明显的相关性.

沥青混合料介电特性与沥青含量研究

为建立探地雷达检测沥青含量方法,进行不同油石比的沥青混合料介电常数测试实验.根据矿料及沥青介电常数等参数,采用Rayleigh模型推导混合料沥青含量计算公式.结果表明,不同沥青含量的混合料介电常数不相同,且其介电常数随沥青含量的增大而减小;采用Rayleigh模型推导的沥青含量公式计算结果与室内合成混合料燃烧法测定结果平均误差在4%以内,精度较高,满足室内测定的要求;而在实际工程验证中,虽然计算结果与实际路面钻芯取样燃烧法测定结果相差较大,但为检测道路摊铺均匀性等方面提供理论基础.

道路沉陷松散类病害的探地雷达图像解译与分析

为明确雷达检测二维剖面图中道路深层病害类型与影响范围,通过雷达检测设备与pavecheck软件提取道路每个区域的相对介电常数数值,基于复合材料介电模型计算道路病害区域的介电常数波动范围,提出一种针对道路沉陷、松散类病害区域的图像模拟方法,可用于分析道路病害区域介电特性的波动规律.研究表明:通过该种解译方式得到的模拟图像可以明确区分道路深层结构病害类型;该种解译方式可以准确计算病害区域的影响范围.

基于GPR三维正演技术的路面空洞含水率研究

目前,沥青路面早期水损害的问题随着高速公路的飞速发展显得尤其突出,在不同损伤阶段采取合适的养护措施十分重要,而判断其损伤程度的方法就是测量其内部的含水率。因此,为准确测量典型道路含水空洞病害的含水率,对汉十高速公路路面各结构层厚度信息进行收集,采用瑞利(Rayleigh)模型计算各层的相对介电常数,构建不同含水率条件下的道路空洞病害三维模型,从而建立含水空洞病害含水率与雷达反射波形的数学关联。结果表明,路面含水空洞的含水率与反射波幅呈线性关系,且可以通过反射波幅来反算含水率。该数值关系可以对已识别的道路含水空洞病害进行精细化分析,测定道路含水空洞病害的含水率,同时为道路结构无损检测与道路GPR正演技术的应用提供参考依据。

基于弯沉盆几何形态指标的沥青路面裂缝病害定量表征研究

文中通过开展不同形式裂缝病害路段的代表弯沉盆指标计算,构建裂缝类病害在路面内部的量化指标,进而提出一种基于弯沉盆几何形态指标的裂缝病害定量表征方法,并结合依托工程进行了验证分析.结果表明:横向裂缝路段的Q_(r1)指标均位于1.4~2.1,Q_(d1)指标都大于50μm,而纵向裂缝的Q_(r1)指标均位于1.2~1.4,Q_(d1)指标相对较小,处于20~40μm;整体上,横纵向裂缝路段的Q_(r1)大致以1.4为界.因此,可采用Q_(r1)、Q_(d1)来定量表征横纵向裂缝病害的分布特征.

基于Maxwell方程的沥青混合料介电模型研究

为提高沥青路面无损检测精度,明确沥青混合料的介电特性,基于Maxwell方程建立了沥青混合料介电模型,测量多个频率下沥青混合料的相对介电常数,验证了该模型的适用性.并将该模型与Brown模型、CRIM模型和Rayleigh模型的精度进行对比验证其优越性.结果表明:频率是影响沥青混合料相对介电常数的主要因素,当频率增大至1 MHz后沥青混合料的相对介电常数保持稳定.基于Maxwell方程的介电模型与其它三种模型相比拟合精度较高,相对误差仅为0.5%.

基于GPR的沥青路面厚度检测及均匀性评价

为改善传统钻芯取样方法效率低且有损的情况,采用探地雷达无损检测设备对汉十高速公路沥青路面厚度进行测量,通过对比探地雷达与钻芯取样测得的沥青路面厚度数据来验证其检测的可靠性,并进一步对沥青路面厚度均匀性进行评价。结果表明,①探地雷达对沥青路面厚度的检测精度达99.7%,可作为对沥青路面厚度检测的有效手段;②沥青路面厚度平均值为17.03 cm,达标率仅为12.16%,表明沥青路面整体厚度情况较差;③沥青路面厚度均匀性较好,但局部位置变异性较大,需要对该位置进一步检测,以防出现严重病害影响行车安全。

沥青路面表面裂缝处夏季温度场分布规律研究

以我国中部地区典型城市武汉市的夏季极端月份温度场实测数据为基础,建立沥青路面夏季温度场变化规律模型.采用COMSOL建立了沥青路面表面裂缝的有限元模型,基于实测数据验证了数值模拟的精度,说明了沥青路面表面裂缝与正常沥青路温度场分布规律的差异性.结果表明:①表面裂缝的存在会导致该病害位置处温度场的分布规律与正常沥青路面出现显著差异;②沥青路面温度沿深度方向变化趋势比较明显,差异程度与裂缝的深度成正比,夏季的最高地表温度可以达到54.089℃.

相对湿度对沥青混合料介电特性的影响

为提升无损检测设备的检测精度,量化相对湿度对沥青混合料介电特性的影响,通过理论推导建立了基于相对湿度的沥青混合料介电模型,在4种频率、6种相对湿度条件下分别测试沥青混合料的介电常数来验证模型的准确性和可靠性.试验结果表明:频率是影响沥青混合料的介电常数的重要因素,在1 kHz~1 MHz频率范围内,沥青混合料的介电常数会随着频率的增大而减小,减小速率随相对湿度的增大而增大;相对湿度会对沥青混合料的介电常数造成影响,在50%~100%相对湿度范围内,沥青混合料的介电常数会随着相对湿度的增加而增大,减小速率随频率的增大而减小;基于相对湿度的沥青混合料介电模型具有较好的可靠性,多组试验结果的拟合优度均在0.95以上.该模型可用于量化相对湿度对沥青混合料介电特性的影响,提升无损检测设备的检测精度.

沥青路面典型裂缝湿度场数值模拟

为明确沥青路面典型裂缝萌生与发展时的湿度状态,进行了沥青路面表面裂缝和反射裂缝的湿度场模拟,明确了表面裂缝和反射裂缝处深度与水气浓度的变化规律。研究结果表明:本文建立的双正弦函数模型可以较好地描述大气相对湿度变化规律;表面裂缝处的水气浓度低于正常路面处的水气浓度,反射裂缝处的水气浓度高于正常路面处的水气浓度,可以作为实际湿度状态下裂缝的萌生与发展规律研究和沥青路面服役性能合理评价的理论依据。