本發(fā)明屬于路基性能試驗，特別是涉及一種降雨和載荷耦合作用下路基性能試驗平臺及使用方法。

背景技術：

1、公路交通運輸在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著重要作用。由于交通荷載和環(huán)境因素的聯(lián)合作用,不同材料澆筑的路基結構在運營期內(nèi)發(fā)生損傷累積的程度不同，特別是環(huán)境降雨量的變化會使路基內(nèi)部含水率發(fā)生變化,隨著含水率增大,路基土強度和剛度顯著降低,在交通荷載作用下產(chǎn)生附加變形,其累積變形會持續(xù)增加,?進而產(chǎn)生不同程度的諸如裂縫、不均勻沉降、沉陷等之類的病害，這些病害不僅影響車輛行駛的舒適性和安全性，降低道路的服務性能，而且影響路基結構使用壽命。

2、出現(xiàn)了新材料在路基工程中的應用，不同材料路基路用性能特征差異顯著，為了比較降雨量與交通載荷共同作用下對路基路用性能的影響，需要將同材料或不同材料澆筑的路基在同時空條件下進行長期觀測和性能對比，但長期以來，由于缺乏具有這種研究功能的試驗平臺，不同地區(qū)修建的試驗路由于交通荷載與環(huán)境降雨量的差異，研究結果往往難以進行有效比選，即現(xiàn)有的路基試驗平臺無法將不同類型路基材料或結構在交通載荷與環(huán)境降雨量的差異下進行同時空的觀測和性能對比；而且試驗時的交通載荷通常是采用一個滾輪進行模擬車輛運行，無法全面模擬實際車輛對路基的作用。另外，為了試驗準確性需要多次重復多組試驗時，一組試驗已經(jīng)完成的情況下，清理已完成試驗的路基材料時，路基整塊不好清理，通常是靠人工進行破碎呈小塊進行清理，清理需額外投入人力、物力、財力和時間，費用成本增加，而且人工進行破碎費時費力、效率低，進一步導致試驗周期的延長，不利于工作效率的提高。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種降雨和載荷耦合作用下路基性能試驗平臺及使用方法，用于解決現(xiàn)有技術中路基試驗平臺無法將相同或不同路基材料在降雨量與交通載荷的差異下進行同時空的觀測和性能對比的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種降雨和載荷耦合作用下路基性能試驗平臺，包括：路基模擬機構，所述路基模擬機構包括底座、環(huán)形路基座、環(huán)形卡槽、環(huán)形路基、支撐座、四根等間距設置且一端均固定安裝在所述支撐座上方的立柱、安裝在四根所述立柱另一端的頂板，所述支撐座底部固定安裝在所述底座上方中心位置處，所述環(huán)形路基座固定安裝在所述底座上方，所述環(huán)形卡槽固定安裝在所述環(huán)形路基座內(nèi)，所述環(huán)形路基安裝在所述環(huán)形卡槽內(nèi)，所述環(huán)形卡槽由多個扇形卡槽拼接組成，所述環(huán)形路基由多個扇形路基逐個拼接組成，所述扇形路基上設有多條車道，所述環(huán)形路基座、所述扇形卡槽和所述扇形路基的中軸線共線；

3、運行模擬裝置，所述運行模擬裝置包括第一軌道齒盤、第一軸承、第二軸承、第一扇形盤、第二扇形盤、第一齒軌、第二齒軌和運行機構，所述第一扇形盤同軸固定安裝在所述第一軸承外壁上，所述第二扇形盤同軸固定安裝在所述第二軸承外壁上，所述第一軸承和所述第二軸承均位于所述第一軌道齒盤上方，所述第一軸承和所述第一軌道齒盤均固定套在所述底座外壁上，所述第二軸承固定套在所述支撐座外壁上，所述第一齒軌和所述第二齒軌分別同軸固定安裝在所述環(huán)形路基座內(nèi)外邊緣上方且齒向朝上，所述環(huán)形路基座、所述第一軌道齒盤、所述第一軸承、所述第二軸承、所述第一齒軌和所述第二齒軌的中軸線共線，所述運行機構繞所述第一軌道齒盤做圓周運動；

4、所述運行機構包括轉(zhuǎn)動安裝在所述第一扇形盤上的第一轉(zhuǎn)軸、與所述第一轉(zhuǎn)軸一端同軸固定配合的第一軌道齒輪、與所述第一轉(zhuǎn)軸另一端同軸固定配合的第一錐齒輪、l型支架、與所述l型支架豎直部分轉(zhuǎn)動配合的第二轉(zhuǎn)軸、與所述第二轉(zhuǎn)軸一端同軸固定配合的第二錐齒輪、若干并排且同軸固定安裝在所述第二轉(zhuǎn)軸上的運動輪、兩個對稱設置在若干所述運動輪兩側(cè)的支撐齒輪、驅(qū)動所述第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的運行驅(qū)動件以及調(diào)節(jié)所述運動輪壓力值的加載模塊，所述第一軌道齒輪與所述第一軌道齒盤嚙合傳動，所述第一轉(zhuǎn)軸與所述l型支架水平部分轉(zhuǎn)動配合，所述第一錐齒輪與所述第二錐齒輪嚙合傳動且轉(zhuǎn)動軸線相互垂直，兩個所述支撐齒輪均與所述第二轉(zhuǎn)軸同軸固定配合，兩個所述支撐齒輪分別與所述第一齒軌和所述第二齒軌嚙合傳動；

5、降雨模擬機構，所述降雨模擬機構控制所述扇形路基上的降雨量；

6、破碎裝置，所述破碎裝置設置在所述頂板外壁上。

7、可選地，所述路基模擬機構還包括排水溝和旋轉(zhuǎn)采圖器，所述旋轉(zhuǎn)采圖器安裝在所述支撐座上方，所述排水溝位于所述環(huán)形卡槽與所述環(huán)形路基座之間，所述排水溝通過排水管連通至外部。

8、可選地，所述運行機構還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器安裝在所述第二轉(zhuǎn)軸上。

9、可選地，所述運行機構至少兩個；

10、所述運行機構上的若干所述運動輪以第一間距和/或第二間距設置。

11、可選地，所述加載模塊具有兩個，兩個所述加載模塊對稱設置在若干所述運動輪兩側(cè)，每個所述加載模塊包括安裝座、輥筒、兩個第一定滑輪、鋼絲繩、u型架、第二定滑輪、固定架、驅(qū)動所述輥筒轉(zhuǎn)動的加載驅(qū)動組件，所述輥筒側(cè)壁上設有兩個繩槽，所述輥筒轉(zhuǎn)動安裝在所述安裝座內(nèi)，所述固定架安裝在所述輥筒與所述安裝座平行的一側(cè)壁上，所述u型架的弧線部分套在所述固定架上形成活動連接結構，所述第二定滑輪轉(zhuǎn)動安裝在所述u型架內(nèi)，兩個所述第一定滑輪并排且轉(zhuǎn)動安裝在所述第二轉(zhuǎn)軸上，所述輥筒位于所述第一定滑輪下方，所述輥筒和所述第二轉(zhuǎn)軸的中軸線平行，所述第二定滑輪和所述輥筒的中軸線垂直，所述鋼絲繩共同繞在兩個所述第一定滑輪、所述第二定滑輪和所述輥筒的兩個所述繩槽上；

12、兩個所述加載模塊上的所述安裝座分別固定安裝在所述第一扇形盤和所述第二扇形盤上方；

13、所述加載驅(qū)動組件包括驅(qū)動箱、驅(qū)動伸縮件、轉(zhuǎn)動安裝在所述驅(qū)動箱上的第一驅(qū)動轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)動安裝在所述驅(qū)動箱上的第二驅(qū)動轉(zhuǎn)軸、與所述第一驅(qū)動轉(zhuǎn)軸同軸固定配合的驅(qū)動大齒輪、與所述第二驅(qū)動轉(zhuǎn)軸同軸固定配合的驅(qū)動小齒輪、垂直且固定連接在所述第一驅(qū)動轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動臂，所述驅(qū)動箱固定安裝在所述安裝座一側(cè)，所述第二驅(qū)動轉(zhuǎn)軸與所述輥筒同軸固定連接，所述驅(qū)動伸縮件一端鉸接在所述轉(zhuǎn)動臂上，所述驅(qū)動伸縮件另一端鉸接在所述驅(qū)動箱與所述第一驅(qū)動轉(zhuǎn)軸平行的一個面上，所述驅(qū)動大齒輪與所述驅(qū)動小齒輪嚙合傳動。

14、可選地，所述破碎裝置包括環(huán)形軌道機構和轉(zhuǎn)向破碎機構，所述轉(zhuǎn)向破碎機構安裝在所述環(huán)形軌道機構內(nèi)；

15、所述環(huán)形旋轉(zhuǎn)機構包括第二軌道齒盤、第二軌道齒輪、轉(zhuǎn)動軸、第三軸承、扇形架和軌道驅(qū)動組件，所述扇形架上設有容納所述轉(zhuǎn)向破碎機構的容納槽，所述扇形架同軸固定安裝在所述第三軸承外壁上且所述扇形架上的所述容納槽開口朝向所述第三軸承中軸線的位置，所述轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動安裝在所述扇形架上，所述轉(zhuǎn)動軸與所述第二軌道齒輪同軸固定配合，所述第二軌道齒輪和所述第二軌道齒盤嚙合傳動，所述軌道驅(qū)動組件驅(qū)動所述第二軌道齒輪繞所述第二軌道齒盤做圓周運動，所述第三軸承、所述扇形架和所述軌道齒盤的中軸線共線；

16、所述轉(zhuǎn)向破碎機構包括旋轉(zhuǎn)組件、連接臂組件、第一支臂、第二支臂、第三支臂、鉆機箱、鉆頭、第一伸縮組件，所述旋轉(zhuǎn)組件固定安裝在所述容納槽頂部，所述連接臂組件一端鉸接在所述旋轉(zhuǎn)組件上，所述第一支臂一端鉸接在所述連接臂組件另一端，所述第一支臂與所述連接臂組件之間設有支撐伸縮組件，所述第一支臂另一端鉸接在所述鉆機箱上，所述第二支臂一端鉸接在所述第一支臂兩端之間，所述第二支臂另一端與所述第三支臂一端鉸接，所述第三支臂另一端鉸接在所述鉆機箱上，所述鉆機箱的輸出軸控制所述鉆頭旋轉(zhuǎn)，所述第一伸縮組件一端鉸接在所述第一支臂上，所述第一伸縮組件另一端鉸接在所述第二支臂兩端之間。

17、可選地，所述旋轉(zhuǎn)組件包括固定安裝在所述容納槽頂部的安裝架、轉(zhuǎn)動安裝在所述安裝架上的蝸桿、與所述蝸桿嚙合傳動的渦輪、轉(zhuǎn)動安裝在所述安裝架上的t型旋轉(zhuǎn)盤、驅(qū)動所述蝸桿轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動件，所述t型旋轉(zhuǎn)盤豎直部分與所述渦輪同軸固定配合；

18、所述連接臂組件包括第一連接臂、第二連接臂、兩個第二伸縮組件、第三伸縮組件，所述第一連接臂一端鉸接在所述t型旋轉(zhuǎn)盤水平部分上，所述第一連接臂另一端與所述第二連接臂一端鉸接，所述第二連接臂另一端與所述第一支臂一端鉸接，所述第二伸縮組件兩端分別鉸接在所述t型旋轉(zhuǎn)盤水平部分和所述第一連接臂上，兩個所述第二伸縮組件設置在所述第一連接臂兩側(cè)，所述第三伸縮組件兩端分別鉸接在所述第一連接臂和所述第二連接臂上。

19、可選地，所述降雨模擬機構包括儲水池、環(huán)形管、多根轉(zhuǎn)接管、第一連接管和噴灑組件，所述儲水池固定安裝在所述頂板上方，所述環(huán)形管表面固定安裝在所述頂板底部，所述環(huán)形管由多個扇形管逐個拼接組成，所述第一連接管一端與所述儲水池連通，所述第一連接管另一端與多個所述轉(zhuǎn)接管一端連通，所述扇形管和所述轉(zhuǎn)接管的數(shù)量相等，一個所述轉(zhuǎn)接管另一端與一個所述扇形管連通，所述轉(zhuǎn)接管、所述扇形管和所述扇形路基的中軸線共線，所述轉(zhuǎn)接管內(nèi)設有流量控制閥，所述噴灑組件朝向所述扇形路基表面噴水；

20、所述流量控制閥包括設置在所述轉(zhuǎn)接管內(nèi)的球芯、帶動所述球芯轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)桿以及驅(qū)動所述轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動的流量控制驅(qū)動件，所述球芯上具有與所述轉(zhuǎn)接管相通的通孔，所述轉(zhuǎn)桿轉(zhuǎn)動安裝在所述轉(zhuǎn)接管上；

21、所述降雨模擬機構還包括多個電子流量計，所述電子流量計數(shù)量與所述轉(zhuǎn)接管數(shù)量相等，一個所述電子流量計串接在一個所述轉(zhuǎn)接管上。

22、可選地，所述噴灑組件具有多個，多個所述噴灑組件共同形成環(huán)形噴灑結構，每個所述噴灑組件包括扇形噴水腔、扇形通槽、若干噴頭，所述扇形噴水腔與所述扇形管通過所述扇形通槽連通，若干所述噴頭與所述扇形噴水腔連通，若干所述噴頭噴水方向朝向所述扇形路基表面，若干所述噴頭在所述扇形噴水腔上等間距呈扇形排列。

23、一種降雨和載荷耦合作用下路基性能試驗平臺的使用方法，包括如下步驟：

24、s1：將所述環(huán)形路基座固定安裝在所述底座上方；

25、s2：將所述扇形卡槽固定安裝在所述環(huán)形路基座上方，多個所述扇形卡槽逐個拼接成所述環(huán)形卡槽；

26、s3：通過對所需檢測材料進行混合料的生產(chǎn)，使用生產(chǎn)的混合料制作所述扇形路基，在所述扇形路基內(nèi)不同深度處埋設多個濕度傳感器，將所述扇形路基安裝在所述環(huán)形卡槽內(nèi)，所述扇形路基上具有多條車道，多個所述扇形路基逐個拼接成所述環(huán)形路基；

27、s4：根據(jù)試驗要求啟動所述降雨模擬機構模擬自然降雨，檢測所述扇形路基在降雨量差異下的路用性能；

28、s5：多個所述運行機構獨立運動，按照試驗要求調(diào)整所有所述運行機構之間的距離，啟動所有所述運行機構保持同速運行，所述運行機構在所述扇形路基上模擬車輛運行；

29、s6：記錄整個試驗過程中多個所述濕度傳感器的數(shù)據(jù)；

30、s7：通過所述破碎裝置對所述環(huán)形路基上的多個所述扇形路基進行破碎，然后進行清理；

31、s8：重復s3-s7，直到得到多組試驗數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行分析處理。

32、如上所述，本發(fā)明的一種降雨和載荷耦合作用下路基性能試驗平臺及使用方法，至少具有以下有益效果：

33、1.通過環(huán)形路基由多個扇形路基拼接組成，使得試驗時可以在同時空條件下對不同路基混合料進行觀測和性能對比，從而大大縮短試驗周期。

34、2.通過運行機構繞第一軌道齒盤做圓周運動，有助于保持運行機構的穩(wěn)定，減少因離心力導致的運動輪的磨損，延長運動輪的使用壽命。通過運行驅(qū)動件驅(qū)動第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動第一錐齒輪和第一軌道齒輪旋轉(zhuǎn)，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合傳動，繼而帶動第二轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，第一軌道齒輪、兩個支撐齒輪分別在第一軌道齒盤、第一齒軌和第二齒軌上做圓周運動，使得運行機構能夠持續(xù)模擬車輛運行。若干運動輪并排且同軸設置，使得模擬車輛運行時可以更接近實際道路環(huán)境，增加試驗結果的可信度和實用性，也可以模擬實際道路環(huán)境中并排運行車輛對路基的影響。運行機構具有至少兩個，使得模擬車輛運行時可以更接近實際道路環(huán)境，增加試驗結果的可信度和實用性，也可以模擬實際道路環(huán)境中前后運行車輛間對路基的影響。運行機構之間獨立運行，使得運行機構之間間距可調(diào)，從而增加試驗時研究前后間距差異對路基性能的影響。

35、3.?通過軌道驅(qū)動組件驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)進而帶動同軸配合的軌道齒輪旋轉(zhuǎn)，使得軌道齒輪繞軌道齒盤做圓周運動，繼而帶動扇形架做圓周運動，使得轉(zhuǎn)向破碎機構能對周向上不同方位的路基進行破碎。通過旋轉(zhuǎn)組件和連接臂組件協(xié)同配合帶動第一支臂運動，將第一支臂調(diào)整到合適位置，通過第一伸縮組件的伸縮控制第二支臂動作，可以實現(xiàn)第三支臂帶動鉆機箱動作，使得能夠?qū)︺@頭多角度的控制，從而實現(xiàn)對路基的高效破碎。通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動件驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動帶動渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪轉(zhuǎn)動帶動同軸固定配合的t型旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，繼而帶動連接臂組件旋轉(zhuǎn)，能夠讓連接臂組件在多個角度上活動，增加了靈活性，也能夠更好的適應路基不同角度和不同位置的破碎，擴大了工作范圍。

36、4.?通過多個扇形管逐個拼接組成環(huán)形管，一個轉(zhuǎn)接管與一個扇形管連通，單獨控制每一個轉(zhuǎn)接管內(nèi)的流量控制閥，使得在同時空條件下實現(xiàn)不同降雨量或相同降雨量的控制，從而解決無法在同時空條件下比較相同或不同降雨量對路基路用性能的影響的問題。通過環(huán)形路基由多個扇形路基逐個拼接組成，多個扇形路基可以澆筑同一材料混合料，也可以澆筑不同材料混合料，使得可實現(xiàn)在同時空條件下比較相同降雨量對不同材料混合料扇形路基性能的影響，也可實現(xiàn)在同時空條件下比較不同降雨量對相同材料混合料扇形路基性能的影響，大大提高試驗效率、縮短試驗周期，從而獲得大量規(guī)律性數(shù)據(jù)。