基于探地雷达时频特征的水泥路面脱空识别

脱空病害在水泥路面中不可避免,危害路面结构安全性,迫切需要建立脱空病害区域的准确定位方法。采用探地雷达(GPR)为无损检测工具,通过GPR信号时频特征的提取和正反演实验构建了脱空病害的特征数据集,将特征集进行PCA降维,以PCA主元为输入、正常和脱空为输出分别建立SVM和ANN脱空识别模型;在获得脱空的GPR信号上提出窗口能量法判断脱空区域的深度,在实际路面上对脱空识别进行验证。结果表明:时频特征可表征脱空病害,包含病害的部分数据集更适合用于建模识别;ANN的识别准确度优于SVM,窗口能量法可有效定位脱空区域的深度,并对噪声具有一定的鲁棒性,在室内模型中定位精度平均误差1.51%。研究结果可为路面精准养护提供科学依据。

二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

为了量化分析现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响,基于常规力学性能试验、Overlay Tester反射裂缝试验、低应变水平下的四点弯曲疲劳试验,对比分析了现场铺筑上覆热拌沥青混合料前后乳化沥青冷再生芯样与室内马歇尔试样的力学性能差异。量化分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能及耐久性能的增强效果,并基于工业CT无损检测技术,分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料微细观空隙结构的影响规律。结果表明:现行规范推荐的马歇尔二次击实方法并不能很好地模拟现场实际压实状况,现场二次热压实对乳化沥青冷再生混合料力学性能、抗反射裂缝性能和抗疲劳耐久性能均有明显增强作用;现场压实乳化沥青冷再生混合料内部的大空隙数量和等效空隙直径均小于马歇尔击实成型,二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料空隙级配影响显著;现场二次压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能和疲劳性能的改善机理在于二次压实作用增强了乳化沥青冷再生混合料密实度,降低了微细观空隙直径,改善了微细观空隙级配。

PAM-10/OGFC-10沥青混合料渗水性能对比研究

【目的】探讨多孔沥青混合料PAM-10与开级配排水沥青混合料OGFC-10渗水性能的差异,为排水路面沥青混合料类型的选取提供一定的参考。【方法】对空隙率为12.5%、14.0%、15.5%、17.0%的PAM-10及空隙率为22.0%的OGFC-10沥青混合料试件开展连通空隙率试验、计算机断层扫描(computed tomography,CT)空隙内部特征试验、竖向渗透系数试验、抗冲刷性及抗堵塞性试验,对比分析两种排水沥青混合料的渗水性能。【结果】PAM-10的内部空隙结构比OGFC-10的更容易形成连通空隙;空隙率为17.0%的PAM-10竖向渗透系数与空隙率为22.0%的OGFC-10的相当;动水冲刷对OGFC-10的影响大于对PAM-10的影响;OGFC-10的抗堵塞性能比PAM-10的差。【结论】PAM-10的竖向渗透性、抗冲刷性能及抗堵塞性能均比OGFC-10的更优。

基于极限梯度提升和探地雷达时频特征的水泥路面脱空识别

针对探地雷达(GPR)数据解译依赖于人工经验,存在费时费力和主观偏差的问题,提出了基于极限梯度提升(XGBoost)和GPR时频特征的水泥路面脱空识别方法。采用正演模拟、室内试验和现场试验获得了脱空病害数据源,建立含有标签的脱空GPR数据集;通过重采样方法统一GPR数据采样频率,并对预处理后的GPR数据进行时频域特征提取,建立了包含18个时域和12个频域特征的数据集。以时频域特征为输入,是否存在脱空病害为输出,采用XGBoost算法构建脱空识别模型,并与随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)算法进行对比。结果表明,模型的识别准确率排序为XGBoost(98.10%)>ANN(95.10%)>RF(93.17%),XGBoost模型识别精度最高,并能在实际路面上准确定位脱空区域。

基于振动传递率函数的水泥混凝土铺面脱空识别方法

为提高水泥混凝土铺面脱空识别的准确性和便捷性,提出一种基于振动传递率函数的板底脱空识别方法。首先,建立了九块板全尺寸铺面结构三维有限元模型,获取冲击荷载作用下铺面板的多点加速度响应;其次,在2个振动传递方向上,分别计算相邻2个测点间的振动传递率函数,分析特定频段内传递率函数的差异,并提出传递率损伤指标(transmissibility-damage indicator,TDI)及其矩阵表达式;最后,计算分析11种不同脱空形式、程度下TDI矩阵的差异,并分析测点布设方式、信号噪声水平对TDI矩阵的影响。结果表明:该脱空判定指标能较好识别定位板角和板边局部脱空。所得TDI矩阵在板角脱空的2个传递方向均十分显著,在板边脱空的垂直脱空边方向较为显著;对于板中脱空,2个传递方向上的TDI矩阵均无法有效识别。板中脱空的分布与TDI矩阵的分布一致性较差;对于多区域脱空,其计算得到的TDI矩阵与单区域脱空类似,对于板角和板边局部脱空均能有效识别;测点布设越密,TDI矩阵的分布与脱空分布的一致性越高。然而,该识别方法对噪声水平较为敏感,噪声水平越高,识别精度越低,需要较高精度的传感器或设备予以支撑。

寒区低温环境下泡沫沥青冷再生混合料性能研究

我国西藏、青海等省区全年气候寒冷,平均气温低,昼夜温差和年温差大,冻融循环频繁,公路建设普遍面临着生态环境脆弱、建筑材料数量匮乏且质量较差等问题。针对上述寒区气候特点,采用5℃、10℃、22℃、40℃、60℃和110℃分别模拟低温、室温、中温和高温养生条件下泡沫沥青冷再生混合料现场养生条件,基于室内试验分析了寒区低温环境温度对泡沫沥青冷再生混合料力学性能、路用性能、耐久性能的劣化影响;进而基于数字图像处理技术和工业CT无损检测技术,探讨了养生温度对泡沫沥青冷再生混合料内部泡沫沥青分散性状及微细观空隙结构的影响规律。结果表明:随着养生温度升高,泡沫沥青冷再生混合料的单轴贯入强度、无侧限抗压强度、动态回弹模量等力学指标均呈指数函数关系增大;相较于标准养生条件,在低温条件下拌和、养生的泡沫沥青冷再生混合料,其高温稳定性、抗反射裂缝性能及抗疲劳性能下降明显,并且环境温度越低,泡沫沥青冷再生混合料的综合路用性能降低幅值越大。升高养生温度后,泡沫沥青在破坏试件界面的分散面积增大,微细观空隙直径减小,并且微细观空隙结构中体积小于0.05 mm3的空隙占比增大。养生温度对泡沫沥青冷再生混合料的作用机理主要在于提高养生温度对泡沫沥青分散性状的促增作用和微细观空隙结构的细化作用。建议在泡沫沥青冷再生路面施工期间加强施工和养生期间的温度控制,并且结合寒区施工季节温度调整室内配合比设计养生温度。本研究成果可为泡沫沥青冷再生技术在寒区的推广应用提供借鉴。

AC-13沥青混合料路用性能研究

为了更好的指导密级配AC-13沥青混合料的设计与施工,本文研究了AC-13沥青混合料的级配差异对路用性能的影响,分析了空隙率和最佳油石比对沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及抗滑性能的影响。结果表明:AC-13级配下限的高温稳定性和抗滑性能更好,级配上限的低温抗裂性和水稳定性更好;路用性能差异主要受空隙率、最佳油石比、粗细集料比例影响;空隙率更大的AC-13级配下限的构造深度更大,有助于抗滑性能的提升,适用于沥青路面上面层提高更好的安全性。

盐-冻融弱化因子胁迫下橡胶粉改性水泥压浆材料试验研究

选用典型橡胶水泥类脱空修补材料,分别控制龄期(1、3 d)和橡胶粉掺量为0%、5%、10%、15%、20%。以实验数据统计分析为基础,归纳总结在盐-冻融环境下不同龄期、不同掺量的修补材料下动弹性模量、抗压强度、抗折强度和体积膨胀率的弱化趋势。试验结果表明,掺入橡胶粉后,压浆材料各项力学指标具有显著提升,提升效果由优到劣依次为动弹性模量、抗压强度、抗折强度。对于城市主干路而言,应优先选择提高橡胶粉掺量,以确保注浆完成后,路面结构具有较高承载能力。对于交通量较小的城市次干路及以下道路,应优先考虑增加养生时间。在工程实践中,应将橡胶粉掺量控制在12%,以获得最大的工程效果。压浆材料体积膨胀率均控制在3%以内。这表明橡胶水泥类压浆材料在冻融循环作用下,不仅体积膨胀率较好,而且稳定性较高。

基于GPR模型的多孔沥青混合料空隙率预估

多孔沥青混合料空隙率是影响其排水功能和路用性能的关键指标之一。为实现多孔沥青混合料空隙率的快速判别,该研究以混合料级配不同筛孔尺寸通过率、油石比为自变量,通过相关性分析提取特征参数,进而基于高斯过程回归(GPR)模型建立PAC-13多孔沥青混合料空隙率预估模型,并对比分析GPR模型与多元线性回归、AdaBoost和随机森林法对多孔沥青混合料空隙率的预估准确性。结果表明,以4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15和0.075 mm的筛孔通过率,以及油石比作为模型参数的多孔沥青混合料空隙率GPR预估模型具有较好的准确性,线性拟合系数达到0.95;相比多元线性回归、AdaBoost和随机森林法,GPR模型对于多孔沥青混合料空隙率预估的适用性相对更优。

开级配沥青混合料的细观结构特征与影响因素研究

通过数字图像处理技术,深入探索OGFC(Open-Graded Friction Course)混合料细观结构中空隙的分布、大小和复杂程度,并且分析出空隙数量、面积、空隙分形维数等参数的变化趋势,从而更好地了解这些参数与混合料性能之间的关联。结果表明:OGFC混合料试件断面图像的空隙数量、空隙面积和空隙分形维数等参数同混合料性能密切相关,且相互之间具备良好的线性回归关系。

基于废旧塑料纤维的透水混凝土配合比设计研究

废旧塑料纤维具有较好的力学性能,能够减少混凝土的收缩裂缝。基于此,本文选择8组级配,掺配3%废旧塑料纤维,通过测定透水混凝土试件的力学性能及空隙率,确定透水混凝土的最优水灰比、灰集比及级配。试验结果表明,当水灰比为0.28时,混凝土的抗折和抗压强度均为最大;当灰集比为0.24时,混凝土的抗折和抗压强度达到最大;3#级配混凝土抗压,抗折强度和空隙率均为最优。

沥青混合料矿料间隙率预估模型的评估

VMA是沥青混合料重要的设计参数,对混合料的高温和抗裂性能均有重要影响,对其进行精准预估是道路行业的关键问题之一。对数种VMA预估模型的精准性进行了评估。首先介绍了当前所用的4种VMA预估模型(Hudson模型、沈士蕙模型、Inoue模型和Yu模型)。其次,基于已公开发表刊物上的5位其他研究者的沥青混合料数据(共计126组),采用不同模型对所选取的沥青混合料进行了VMA预估。最后,从精确度和准确度两个方面,对不同模型的预估结果进行了对比分析,并从VMA影响因素的完备性、预估方法的理论性等方面,分析了不同模型预估结果差异性的原因。结果表明:(1)所有预估模型对不同来源数据的预估精准度均表现出非一致性。所有模型对刘红瑛数据的预估效果均较好,而对Foreman数据的预估效果则均较差,说明当前所有模型对影响VMA大小的因素(如油石比、压实功等)还未能充分考虑;(2)Yu模型是基于颗粒堆积理论推导得到的,理论基础较强,对大部分所选数据预估结果的精确度和准确度均较好,而Hudson模型的预估精准度是最差的,沈士蕙模型和Inoue模型预估的精准度介于二者之间。建议通过纳入油石比、压实功等其他VMA影响因素、优化颗粒形状指标等手段,进一步提升VMA模型的预估精准度,使其更好地指导沥青混合料设计。

SMA-5钢渣沥青混合料的组成设计与性能评价

为更好地促进小粒径钢渣在薄层沥青混合料中的应用,采用V-S(volumetric mix)法设计SMA-5沥青混合料的集料掺配比例;等体积替换掺加1.18~2.36 mm、2.36~4.75 mm两种粒径钢渣于SMA-5沥青混合料中,分析其对沥青混合料试件的粗集料间隙率VCAmix、最佳沥青用量的影响;借助车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验与浸水马歇尔试验对钢渣沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性与水稳定性进行评价。结果表明:掺入钢渣降低了集料间的骨架结构效应,提高了混合料沥青用量;复掺钢渣降低了沥青混合料的高温稳定性,但随着钢渣掺量增加,各掺配方案下沥青混合料的低温性能均降低,水稳定性、高温稳定性均提升;推荐SMA-5钢渣沥青混合料中2.36~4.75 mm粒径钢渣掺量75%为最优配比。

三维地质雷达探测技术在城市道路空洞病害普查中的应用研究

由城市道路地下空洞、路面脱空、土体疏松等病害引起的道路塌陷事故是目前国内许多城市面临的重大安全隐患。城市道路空洞病害具有隐伏性、突发性,造成的灾难性后果长期以来困扰着城市安全运营。以国内多地的项目实测及验证成果为基础,对三维地质雷达探测技术方法和工作流程进行了梳理,通过分析三维地质雷达剖面数据中病害体的顶界面反射、多次波反射、边界绕射波等异常特征和三维地质雷达切片数据中病害体周边地下管、井分布特征,总结了三维地质雷达技术在城市道路地下脱空、空洞病害探测中病害体的数据异常特征。实践研究证明,三维地质雷达探测技术以其作业高效、定位精准、抗干扰能力强、数据丰富全面等优点可有效地探测出道路下方存在的空洞等安全隐患,为城市道路病害的防患和治理提供准确、可靠的依据。

硬质砂岩排水沥青混合料力学性能与空隙率衰变

为拓宽排水沥青混合料中集料的选材范围,研究以硬质砂岩作为粗集料应用于排水沥青混合料的可行性。比较硬质砂岩与玄武岩PAC-16混合料在标准马歇尔击实与旋转压实条件下的空隙率衰变特征与级配细化特性,揭示硬质砂岩PAC-16混合料空隙率对动态模量的影响规律,并测试硬质砂岩PAC-16混合料的各项路用性能。结果表明,与玄武岩PAC-16混合料相比,硬质砂岩PAC-16混合料的最佳油石比略高,在荷载作用下其集料压碎带来的级配细化与空隙率衰减现象略快,但在适当降低空隙率的前提下其力学性能与玄武岩PAC-16混合料相近。硬质砂岩PAC-16混合料的各项路用性能基本满足排水路面相关规范要求,且与玄武岩PAC-16混合料相近。

基于支持向量机的水泥道面脱空检测与判定方法

针对高速弯沉仪检测数据的规律和特点,提出了基于支持向量机模型的水泥道面板底脱空检测方法。介绍了高速激光弯沉仪的系统组成及测量原理;对高速弯沉仪和重型落锤式弯沉仪进行了对比试验研究,分析了基于弯沉比的脱空判定方法对高速弯沉仪检测结果的适用性,基于支持向量机模型建立了道面板底脱空程度分类识别模型。结果表明:高速弯沉仪与重型落锤式弯沉仪对道面薄弱区段的识别结果显示较高的一致性;所建立的支持向量机脱空程度分类模型具有较好的综合性能,二分类和三分类均有较高的预测精度。

水泥板底脱空与接缝传荷能力影响因素及评价指标分析

为了研究水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力评价指标的显著影响因素,确定合适的水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力评价指标,基于8因子3水平的正交设计,利用脱空与接缝传荷的有限元模型,定量分析了因子对水泥板脱空和接缝传荷能力评价指标的影响。首先,通过赋予脱空区域新的材料属性模拟水泥板底脱空,采用弹簧单元法模拟水泥板间接缝,构建了有限元模型,针对脱空形状、脱空尺寸、脱空深度、脱空折减程度、混凝土对传力杆支承模量、接缝宽度、面层模量和基层模量8个影响因素,利用正交法设计了27种不同的影响因素组合。接下来,基于正交设计的仿真数据,对水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力评价指标进行了方差分析和贡献度分析,衡量了因子对评价指标的影响程度,确定了水泥板脱空与接缝传荷能力的显著影响因子,筛选出最佳的水泥板脱空和接缝传荷能力评价方法。结果表明:脱空尺寸、混凝土对传力杆支承模量和基层模量是水泥板底脱空和接缝传荷能力评价指标的显著影响因子;接缝传荷的变化可能会影响脱空状况的判定,而脱空程度的变化不会影响接缝传荷能力的评价;弯沉差法和弯沉平方差比值法是水泥板底脱空和水泥板间接缝传荷能力最合适的评价方法。

旧路路面技术状况调查与检测实践分析

文中以厦门某旧水泥混凝土路面提升改造项目为研究对象,调查分析各项技术参数,系统地介绍了旧水泥混凝土路面技术状况调查与评定方法,为道路改扩建及提升改造提供了准确、定量的数据资料。

高连通空隙特征的排水沥青混合料技术研究

排水沥青混合料主要依靠内部连通空隙排出路表积水,但目前设计排水沥青路面时更多的是参照空隙率指标,而不是连通空隙率指标。为更准确地认识连通空隙率的影响因素,以及其与排水、抗滑、降噪之间的关系,通过室内试验成型不同筛孔通过率的排水沥青混合料PAC-10试件,测得每个试件的渗水系数,并分别使用体积法以及真空塑封法测得其空隙率与连通空隙率。优选5个连通空隙率从小到大差值为2%左右的级配成型试件测得其摆值及吸声系数。结果表明:两种方法得到的连通空隙率都比空隙率与渗水系数线性回归相关系数高,其中体积法测得的连通空隙率与渗水系数相关系数最大R^(2)=0.991,说明它能解释渗水系数99.1%的变异量,更能准确地反映排水沥青混合料的排水能力;使用体积法测得的空隙率与连通空隙率之间在空隙率大于20%时呈线型关系,且线性关系良好,但当空隙率小于20%时,数据开始偏离拟合直线,相关性变差;连通空隙率与2.36 mm筛孔的通过率及4.75 mm通过率之间呈线性关系,2.36 mm及4.75 mm筛孔通过率越小,连通空隙率越大;同时降低4.75 mm与2.36 mm通过率可有效提高连通空隙率;抗滑及降噪效果随着连通空隙的增大而增大,当连通空隙率超过18%之后抗滑降噪增长速度下降明显。

双频探地雷达探测道路地下空洞的试验与识别研究

首先采用“围护墙”模拟沥青、水泥路面,在墙后填筑砂土并开挖地下空洞。然后,采用超声波相控阵检测“围护墙”体内的密实情况。进一步采用双频探地雷达对3种工况下的2处模拟地下空洞进行探地雷达检测。分析发现:密实水泥混凝土路面下,地下空洞的成像呈现典型的“月牙形”同相轴特征;孔洞较多的沥青路面下,地下空洞成像近似于“月牙形”同相轴,但稍模糊;较大尺寸的地下空洞会产生多次雷达波反射;高频探地雷达难以识别地下深度超过2.5m的物体。进一步通过探地雷达反射波特征可以识别地下空洞的尺寸。