公路路基强度和稳定性的快速无损检测

作者:阿依苏力旦·艾尼娃尔 刊名:北方交通 上传者:森文

【摘要】公路路基强度检测参考标准是求得弯沉盆参数,在最小二乘意义上,模量反算是求得理论弯沉盆与实际测得弯沉盆之间的最佳拟合的重要计算手段。此法不仅具有一般线性规划问题的数值不确定性,还具有高复杂度和高维度的特点。在充分了解模量反算本质的基础上,介绍了新型的回弹模量测试方法——PFWD,并提出了与之相适应的自适应信息遗传模量反算法。

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1便携式落锤式弯沉仪(PFWD)1.1概述作为整个路面的承载结构,公路路基的强度和稳定性的不足,以致在外力作用下失稳造成的过度变形,这些都会直接影响到路面结构的稳定性。因此,对于公路路基稳定性的检测具有十分重要的意义,现阶段我国常用的路基回弹模量的测试方法主要有四种,即弯沉法、落锤弯沉仪(FWD)法、承载板法以及加州承载比(CBR)法。便携式落锤式弯沉仪(PFWD)是在落锤弯沉仪(FWD)基础上改进的,英文全称为PortableFallingWeightDeflectometer,它能快速检测路基的动力模量,并且对路面结构没有损害,能够准确确定公路路基的承载能力和动弹性模量。便携式落锤式弯沉仪(PFWD)相对结构简便,体较小,使用灵活方便,能够快速准确地测出回弹模量。便携式落锤式弯沉仪(PFWD)系统的结构示意图如图1所示,主体部分包括三部分,即加载系统、数据采集和传输系统。1.2工作原理便携式落锤式弯沉仪(PFWD)的基本工作原理为:由PFWD的落锤产生冲击载荷,并作用在路面(或者路基)表面的底座和承载板上,受到冲击力的作用,路基表面和承载板就会产生竖向的位移,此时,便携式落锤式弯沉仪(PFWD)上的位移和压力传感器会实时记录下所测数据,然后,计算机软件会根据所测位移和压力的峰值位置和大小来确定动弹图1便携式落锤式弯沉仪结构示意图性模量。冲击载荷的大小可通过调整承载板直径、落锤高程和重量来达到,如要测试路面和路基各分层强度与刚度,可在适当的位置增加位移传感器。路基土动弹性模量的测试是弹塑性理论的范畴,其本构关系是非线性的,但便携式落锤式弯沉仪(PFWD)工作时产生瞬时高强度冲击力,作用时间非常短,路基产生的变形主要以弹性变形为主,塑形变形因很小可以忽略不计。因此,为了计算简便,直接将公路路基看作弹性半空间体,便携式落锤式弯沉仪(PFWD)的测试结果直接采用线弹性理论,用静载实验代替动载试验。在圆形垂直刚性分布荷载作用下,路基的弹性半空间受力如图2所示。图2刚性承载板下弹性半空间结构受力图此结构受力体中任一点的竖直位移可用下式计算:w=(1+)p2E02-2+z()xsinxxezxJ0r()xdx(1)其中:w所求的竖直位移;r径向坐标;z竖向坐标(cm);承载板半径(cm);p承载板上的平均荷载压力(MPa);E弹性模量(MPa);泊松系数;Jo(.)零阶贝塞尔函数,x为其积分变量。将r和z都取0,则得到圆形垂直刚性分布荷载中心处路基表面的弯沉量:l=wr=0z=0=2p(1-2)E4(2)在结合便携式落锤式弯沉仪(PFWD)得到的最大弯沉值l和压力值p,就可以计算得到公路路基的回弹模量Ep:Ep=42p(1-2)l(3)考虑到各参数的单位,实际测试中利用上式计算路基模量时可做适当的变形处理:Ep=5p(1-2)l(4)1.3测试流程PFWD的测试有三个阶段:准备工作、测试工作以及结束工作,其基本测试流程如图3所示。2路基模量反算的方法本文所介绍的自适应信息遗传算法,这种模量反算方法将蚁群算法和遗传算法有机地结合在一起,整合两种算法的长处,避免各自的短处,实现优势互补的原则。这种算法中引入了模量解空间的机图3测试流程制,根据所测路面信息量的大小来进行适应性的细划分,目的是缩小在后面反算的搜索空间,从而提高计算速度。而且,为提高反算精度和局部搜索能力,自适应信息遗传算法中还增加了新的实数交叉算子和探险策略。图4模量反算中搜索空间细分图2.1自适应信息遗传算法的计算步骤(1)遗传编码。采用遗传算法进行问题求解时,需要将实际问题与染色体之间建立相对

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