[实用新型]一种路面层间剪切缩尺模拟装置

说明书

本实用新型涉及一种路面层间剪切缩尺模拟装置，该装置包括支持平台和机械本体，机械本体包括用于承载试件的剪切盒、用于模拟车辆轮胎与路面压力接触状态的法向应力加载单元、用于模拟施加剪切力的水平拉压力控制单元以及用于测量剪切试验数据的位移测量单元，所述剪切盒包括叠层设置并分别承载面层试件、基层试件的上剪切盒、下剪切盒，下剪切盒固定在支持平台上，法向应力加载单元设置在上剪切盒上方并垂直作用于面层试件上表面，水平拉压力控制单元和位移测量单元分别设置在上剪切盒相对的两个侧面并均连接上剪切盒。与现有技术相比，本实用新型可实现路面层间抗剪性能的全面、高效与精准测量，以便于室内试验和现场路面检测的精细化和科学化。

技术领域

本实用新型涉及道路工程技术领域，尤其是涉及一种路面层间剪切缩尺模拟装置。

背景技术

沥青路面作为我国高速公路的主要路面形式，近年来随着交通量增加、超载现象严重等，导致沥青路面频繁发生早期破坏。而后期的钻芯结果表明，相当一部分沥青路面的面层与基层之间的粘结效果差，路面结构整体抗剪能力不足，这是导致路面破坏的直接原因。沥青路面层间粘结状态对整个路面结构的稳定性和耐久性具有重要作用，因此有必要研究沥青路面层间抗剪强度。

目前评价层间抗剪强度的方法主要是基于直剪试验和斜剪试验，斜剪试验是将面层和基层放入试模中，对试模顶部施加法向正应力，使其在具有一定角度的剪切面上分解成正应力和剪应力，从而使得试件发生剪切破坏，斜剪试验虽能较好地模拟界面剪切状态，但存在着试件尺寸较大、剪切角度固定等问题，所得试验结果并不能很好地反应粘结层本身的粘结性能。而直剪试验是基于摩尔-库伦强度理论，在不同法向应力下，沿着固定的剪切面对试件施加水平剪力，取试样破坏时的最大剪应力作为试样抗剪强度，直剪试验作为公路土工试验领域评价界面摩擦抗剪强度的重要试验，其操作简单、适应性强、试验时间短等而被广泛采用。

现有的直剪手段主要包括水平直剪和垂直直剪两种方式，其中垂直直剪主要是通过对目标试件进行横放，然后对上部面层侧面部分施加法向应力，该方法虽能方便地进行剪切操作，但未考虑实际状态下车辆荷载的加压作用，试件受剪状态过于简化，从而造成试验结果的不准确。实用新型专利CN106596292A公开了一种路面材料层间剪切测试装置，实用新型专利CN110542618A公开了一种乳化沥青表面处治层层间抗剪强度直剪试验方法，两者均采用了垂直直剪的方式。而采用水平直剪则能够避免上述问题，试验装置在竖向压力下对剪切盒进行推拉，这也较好的符合沥青路面的实际剪切方向和受力状态，通过水平向位移传感器和拉力传感器记录剪切数据，从而得到极限最大剪应力，试验操作简单。因此有必要实用新型一种路面材料层间水平直剪装置。

但国内现有的水平直剪装置仍是基于传统土工直剪仪进行升级改造，存在以下问题：

1)压力作用及接触方式不符实际

目前直剪装置的垂直压力加载方式主要是通过杠杆原理等进行单点式反力加压，加压点单一且无法模拟车辆荷载前后轴的作用效果；并且现有的大多数直剪装置均将竖向应力进行单点集中加压，存在一定的约束条件，无法模拟车辆轮胎与路面面层材料的压力作用模式。

2)剪切模拟效果不好

沥青路面在受到剪切作用时，首先应作用于面层材料，然后由层间材料的抗剪能力来抵抗这种剪切力，而目前的试验手段主要是通过拉推试件的基层部分来获取层间剪应力，因此获得的最大剪应力数据与剪切疲劳性能也有一定的误差。

3)缺少剪切疲劳测试功能

现有的直剪试验装置只能施加单向的水平剪切力，因而只能测得最大剪应力数据，而不能测试路面层间材料在上覆荷载作用时的剪切疲劳性能。

4)装置缩尺的效果未达到预期

现有的层间剪切装置在针对路面层间剪切模式及剪切疲劳性能的模拟上仍需改善，针对试件尺寸、荷载加载大小、加载模式等方面考虑不周全，更加侧重于层间材料本身的剪切性能，而对于层间材料在路面结构中剪切性能的测量仍有待改善。