瀝青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)三維受力狀態(tài)的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了瀝青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)三維受力狀態(tài)的控制方法，用混凝土鉆孔機(jī)對瀝青混合料試件進(jìn)行鉆孔得到外徑為b、內(nèi)徑為a的圓環(huán)柱體試件。將圓柱形的氣囊放入圓環(huán)柱體試件的中空處后，使用空壓機(jī)向氣囊內(nèi)充入氣壓q1，再將圓環(huán)柱體試件套在圓柱狀的橡膠膜內(nèi)，一同放入常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置的壓力室內(nèi)，壓力室內(nèi)的氣壓設(shè)定為q2，采用常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置的軸向活塞傳力桿對圓環(huán)柱體試件沿豎軸向施加壓力q3，通過設(shè)置q1、q2、q3使圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)呈現(xiàn)某種特定狀態(tài)。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法的缺陷，通過改變施加在試件內(nèi)外壁的力和傳力桿所施加的豎向荷載的大小，來控制瀝青混合料試件內(nèi)部各點(diǎn)的受力情況。
【專利說明】
瀝青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)三維受力狀態(tài)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于瀝青混合料內(nèi)部材料受力性能領(lǐng)域，特別涉及了瀝青混合料圓環(huán)柱體 試件內(nèi)各點(diǎn)三維受力狀態(tài)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 瀝青混合料的強(qiáng)度直接影響到瀝青路面的使用性能和使用壽命，為保證瀝青路面 在設(shè)計(jì)年限內(nèi)正常使用，有必要對瀝青混合料的強(qiáng)度特性進(jìn)行研究。中國目前用來表征瀝 青混合料強(qiáng)度特性的試驗(yàn)方法包括:拉伸彎曲試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、圍壓三軸試驗(yàn)以及真三軸試 驗(yàn)。事實(shí)上，瀝青路面處于三向復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，現(xiàn)有的試驗(yàn)方法所模擬的混合料狀態(tài)與實(shí)際 路面的受力情況不是完全的符合。
[0003] 圍壓三軸試驗(yàn)只能對圓柱體試件施加軸壓和圍壓，只考慮了第一主應(yīng)力和第三主 應(yīng)力對瀝青混合料強(qiáng)度的影響，并未考慮中間主應(yīng)力對材料強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，故也被稱為"假三 軸試驗(yàn)"。雖然真三軸儀考慮了中間主應(yīng)力的影響，在一定程度上克服了圍壓三軸試驗(yàn)的不 足，但其缺陷也是不容忽視的。國內(nèi)外的許多真三軸儀，盡管通過在包裹試樣的橡皮膜表面 與中主應(yīng)力加壓板之間涂抹潤滑材料，但軸向總應(yīng)力往往記入了側(cè)向的摩擦力，因此，與實(shí) 際的瀝青混合料受力情況還有一定的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供瀝青混合料圓環(huán)柱體試 件內(nèi)各點(diǎn)三維受力狀態(tài)的控制方法，克服了傳統(tǒng)方法的缺陷，通過改變施加在試件內(nèi)外壁 的力和傳力桿所施加的豎向荷載的大小，來控制瀝青混合料試件內(nèi)部各點(diǎn)的受力情況。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 瀝青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)三維受力狀態(tài)的控制方法，包括以下步驟：
[0007] (1)采用混凝土鉆孔機(jī)對瀝青混合料試件鉆孔取芯，得到直徑為b的芯樣，在該芯 樣的中心位置再次使用混凝土鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆取的孔徑為a，從而得到外徑為b、內(nèi)徑為 a的圓環(huán)柱體試件；
[0008] (2)將圓柱形的氣囊放入圓環(huán)柱體試件的中空處后，使用空壓機(jī)向氣囊內(nèi)充入氣 壓9:，再將圓環(huán)柱體試件套在圓柱狀的橡膠膜內(nèi)，一同放入常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置的壓力室內(nèi)， 壓力室內(nèi)的氣壓設(shè)定為q 2,采用常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置的軸向活塞傳力桿對圓環(huán)柱體試件沿豎 軸向施加壓力q3,通過設(shè)置φ、φ、φ使圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)呈現(xiàn)某種特定狀態(tài)。
[0009] 進(jìn)一步地，在步驟（2)中，根據(jù)圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)需要呈現(xiàn)的狀態(tài)來設(shè)置qi、 q2、q3的公式如下：

[0012] q3 = -〇z，
[0013] 上式中，〇r、〇e、〇z分別表示圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)的徑向應(yīng)力、垂直于徑向的應(yīng)力 以及沿圓環(huán)柱體試件豎軸方向的應(yīng)力，r為圓環(huán)柱體試件的中心到內(nèi)部某點(diǎn)的水平距離。
[0014] 進(jìn)一步地，在步驟（1)中，b_a^6cm。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟（1)中所述瀝青混合料試件是通過對瀝青混合料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方 法而成型的。
[0016] 進(jìn)一步第，在步驟(2)中，確保圓環(huán)柱體試件的內(nèi)腔和外壁都是均勻受壓的。
[0017]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：
[0018] 相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明通過改變施加在試件內(nèi)外壁的力和傳力桿所施加的 豎向荷載的大小，來控制瀝青混合料試件內(nèi)部各點(diǎn)的受力情況，能準(zhǔn)確控制內(nèi)部每點(diǎn)的受 力狀態(tài)，彌補(bǔ)了假三軸實(shí)驗(yàn)和真三軸儀的不足，為研究者對瀝青混合料內(nèi)部性能研究提供 了技術(shù)保證。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的基本流程圖；
[0020] 圖2是瀝青混合料圓環(huán)柱體試件的正視圖；
[0021 ]圖3是瀝青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)腔和外壁加壓示意圖；
[0022]圖4是瀝青混合料圓環(huán)柱體試件施加豎軸向壓力示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024] 首先，采用級配：一號料（粒徑9.5~19mm)2520g，二號料（粒徑4.75~9.5mm) 1695g，三號料（2.36~4.75111111)958，四號料（0~2.36臟）3858，礦粉1458，瀝青16(^，并通過 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的方法成型瀝青混合料試件。采用小型混凝土鉆孔機(jī)鉆孔取芯，如圖2所示，得到 直徑b為10cm的芯樣，對所鉆取芯樣中心位置再次使用鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆取的孔徑為4cm， 最終得到內(nèi)外徑分別是4cm和10cm的圓環(huán)柱體試件。在本實(shí)施例中，以圓環(huán)壁厚不小于3cm 為原則，即b_a^6cm 〇
[0025] 然后，將圓柱形的氣囊放入圓環(huán)柱體的中空部分后，使用空壓機(jī)充入氣Sqi，再將 圓環(huán)柱體試件套在圓柱狀的橡膠膜內(nèi)，放入常規(guī)三軸試驗(yàn)裝置的壓力室內(nèi)，壓力室內(nèi)的氣 壓設(shè)定為q 2,則試件的內(nèi)腔和外壁在垂直于豎軸方向上均受到周圍氣壓，如圖3所示。再通 過軸向活塞傳力桿對試件施加豎向壓力，如圖4所示，軸向壓力傳感器安裝在軸向活塞傳力 桿上，只采集直接施加到試件頂部的應(yīng)力q3。由此，通過圓環(huán)柱體試件的內(nèi)腔氣壓、外壁氣 壓和傳力桿施加的豎向壓力，來控制圓環(huán)柱體內(nèi)部各點(diǎn)的三維受力（〇 r、〇θ、σζ)，or、ΟΘ、〇2分 別表示圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)的徑向應(yīng)力、垂直于徑向的應(yīng)力以及沿圓環(huán)柱體試件豎軸方 向的應(yīng)力。
[0026] 本實(shí)施例取瀝青混合料圓環(huán)柱體試件的中環(huán)內(nèi)部的點(diǎn)作為研究對象，由于圓環(huán)柱 體試件的中心到內(nèi)部點(diǎn)的水平距離r = (a+b) /4 = 35mm，則瀝青混合料試件中各點(diǎn)應(yīng)力（〇r、 〇θ、σζ)與（qi、q2、q3)關(guān)系如下：
[0029] q3 = -〇z
[0030]根據(jù)需要控制的瀝青混合料試件各點(diǎn)應(yīng)力（〇r、o〇、oz)，按上式計(jì)算需要施加的應(yīng) 力（qi、q2、q3)。
[0031]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 漸青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)Ξ維受力狀態(tài)的控制方法，其特征在于，包括W下 步驟： (1) 采用混凝上鉆孔機(jī)對漸青混合料試件鉆孔取忍，得到直徑為b的忍樣，在該忍樣的 中屯、位置再次使用混凝上鉆孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆取的孔徑為a，從而得到外徑為b、內(nèi)徑為a的 圓環(huán)柱體試件； (2) 將圓柱形的氣囊放入圓環(huán)柱體試件的中空處后，使用空壓機(jī)向氣囊內(nèi)充入氣壓qi， 再將圓環(huán)柱體試件套在圓柱狀的橡膠膜內(nèi)，一同放入常規(guī)Ξ軸試驗(yàn)裝置的壓力室內(nèi)，壓力 室內(nèi)的氣壓設(shè)定為Q2,采用常規(guī)Ξ軸試驗(yàn)裝置的軸向活塞傳力桿對圓環(huán)柱體試件沿豎軸向 施加壓力Q3，通過設(shè)置qi、Q2、Q3使圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)呈現(xiàn)某種特定狀態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述漸青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)Ξ維受力狀態(tài)的控制方法，其 特征在于:在步驟(2)中，根據(jù)圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)需要呈現(xiàn)的狀態(tài)來設(shè)置qi、q2、Q3的公 式如下：上式中，〇τ、〇θ、〇ζ分別表示圓環(huán)柱體試件內(nèi)部某點(diǎn)的徑向應(yīng)力、垂直于徑向的應(yīng)力W及 沿圓環(huán)柱體試件豎軸方向的應(yīng)力，r為圓環(huán)柱體試件的中屯、到內(nèi)部某點(diǎn)的水平距離。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述漸青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)Ξ維受力狀態(tài)的控制方法，其 特征在于:在步驟(1)中，b-a>6cm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述漸青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)Ξ維受力狀態(tài)的控制方法，其 特征在于:步驟（1)中所述漸青混合料試件是通過對漸青混合料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法而成型 的。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述漸青混合料圓環(huán)柱體試件內(nèi)各點(diǎn)Ξ維受力狀態(tài)的控制方法，其 特征在于:在步驟(2)中，確保圓環(huán)柱體試件的內(nèi)腔和外壁都是均勻受壓的。
【文檔編號】G01N3/02GK106092728SQ201610571563
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】陳俊, 孔燕
【申請人】河海大學(xué)