基于道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法
技术领域
本发明具体涉及一种基于道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法，属于道路工程技术领域。
背景技术
目前国内外对沥青路面车辙问题虽有较多研究，但多集中在试验条件、材料组成、荷载特性、环境因素等方面，而针对道路交叉口路面车辙的严重状况进行专门的评估和防治研究在并不多见。现阶段常用的评价沥青路面高温稳定性的室内试验方法包括动稳定试验，动态蠕变试验，汉堡车辙试验等，但是这些试验方法的加载模式单一，无法表征道路交叉口特殊的荷载特性，包括车速低，车辆加减速以及交通渠化严重等。同时，现阶段针对沥青混合料和沥青胶结料的高温稳定性评估的试验方法较多，但是针对沥青砂浆的高温稳定性室内评价方法的研究较少。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中针对道路交叉口沥青砂浆高温稳定性的试验方法和实际路况的关联性较弱，难以反映实际状况并为道路交叉口的沥青路面设计提供准确的数据支持的问题，提供一种基于道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法，包括以下步骤：
步骤一：获取待测道路交叉口交通信息，所述交通信息包括通过车辆的车速、车头间距和交通量；
步骤二：根据步骤一获取的车速和车头间距信息确定驾驶行为的类别、权重和加载模式；
步骤三：根据步骤二中不同驾驶行为的权重数据计算不同驾驶行为的加载周期长度；
步骤四：根据步骤三中获得的各驾驶行为的加载周期长度进行沥青砂浆的多重应力蠕变试验，得到沥青砂浆的多重应力蠕变曲线。
所述步骤二中，根据步骤一获取的车速和车头间距信息确定驾驶行为的类别、权重和加载模式的方法为：
1)选择道路交叉口断面连续三天通过的所有车辆的车速和车头间距数据，所述路段限速Vm，则车速数据范围为0～Vm；所述车头间距数据为断面内通过的每辆车距离其后面一辆车的距离；
2)将0～Vm均匀划分为4个代表车速区间：0～10％Vm、10％Vm～40％Vm、40％Vm～70％Vm和70％Vm～Vm，对应的驾驶行为的类别依次为：制动缓行、低速行驶、减速行驶和常速行驶；4个代表车速区间的中值分别为代表车速5％Vm,25％Vm,55％Vm,85％Vm，每个区间内所有通过车辆对应的车头间距数据的平均值为车头间距的代表值d1,d2,d3,d4；
3)将4个代表车速换算为相应的单循环加载时间t1、t2、t3、t4，换算公式为：
表1车速和单循环加载时间转换表
将4个车头间距代表值换算为相应的单循环卸载时间t'1、t'2、t'3、t'4，换算公式为：
根据车速统计数据计算四个代表车速区间的车辆个数比例，确定四个代表车速的作用次数权重为A1:A2:A3:A4。
该方法中，车速和车头间距统计，多重应力蠕变试验均为现有的成熟技术，然而，由于现有技术中多重应力蠕变试验的设置条件脱离道路交叉口实际的荷载特性状态，导致试验的结果无法真实的反应路况。本发明方法将实际道路交叉口所受的不同驾驶行为特征应用在室内试验，利用道路交叉口视频监控数据对交叉口断面通过的车辆车速和车头间距进行准确详细的统计数据，充分考虑了沥青砂浆在实际道路交叉口当中的受力特点，利用道路交叉口实际的驾驶行为组合带入多重应力蠕变试验来进行针对道路交叉口位置的沥青砂浆的高温稳定性评价，使得本方法得出的试验结果具有真实性高，针对性强，实时性好的效果，试验结果稳定可靠。
进一步，步骤二中，当计算所得t'1、t'2、t'3、t'4小于或等于2s，则该卸载时间确定为计算所得值；而当计算所得t'1、t'2、t'3、t'4大于2s时，则该卸载时间确定为2s。这样取值的优点是避免卸载时间过程，从而使试验加载时间过程，难以实施；同时卸载时间2s足够沥青砂浆进行蠕变应变恢复过程，并不影响蠕变特性分析。
进一步，步骤三中，计算不同驾驶行为的加载周期长度的方法包括如下步骤：
(1)确定加载次序，将选取的四个驾驶行为按照单循环加载时间从小到大进行排序，即t1＜t2＜t3＜t4，则一个大周期内加载次序确定为：t2→t4→t3→t1；
(2)对四种驾驶行为的权重进行排序，其中最小的为Amin，设定Amin对应的加载次数为10次，依据驾驶行为的具体权重比例来确定各驾驶行为的作用次数X1、X2、X3、X4，换算公式为：
(3)确定多个驾驶行为组合作用的总周期长度L，按如下公式计算：
L＝X1+X2+X3+X4
其中：X1、X2、X3、X4分别为驾驶行为1,2,3,4的作用次数。
优选的，当X1、X2、X3和X4中任意一个数值超过100次，则按照100次来进行加载。这样取值的优点是保证沥青砂浆多重应力蠕变试验可在较短时间内完成同时获取足够的试验数据用于蠕变特性分析。
步骤四中，所述沥青砂浆的多重应力蠕变试验在DSR沥青剪切流变仪里进行，方法如下：
a.试件成型：其主要是根据该试验的需要，利用旋转压实成型方法成型最大粒径小于4.75mm的圆柱体砂浆试件，试件尺寸高度为50mm，直径为100mm。然后，通过转芯、切割等操作获取高度为30±5mm，直径为10±2mm的砂浆圆柱体试件，保证试件上下表面相互平行，同时直径长度是最大粒径的2.5倍以上。最终完成基于城市道路交叉口不同驾驶行为组合的多重应力蠕变试验的圆柱体沥青砂浆试件的制作成型。
b.多重应力蠕变试验：选取3-4个平行试件，将试件加热到58℃并进行保温，使试件内部温度均匀，设定应力加载重复次数为L，四种加载模式的加载时间次序为t2→t4→t3→t1，相应的卸载时间次序为t′2→t′4→t′3→t′1，每种加载模式的作用次数为X2、X4、X3、和X1，荷载波形为半正弦波，荷载峰值为6.4KPa，不同驾驶行为组合模式下的多重应力加载参数表见表2：
表2不同驾驶行为组合模式下的多重应力加载参数表
试验过程记录沥青砂浆的剪切应变随时间变化的曲线，试验终止条件为加载次数到达L或者沥青砂浆发生剪切破坏。试验温度及加载应力水平可由当地气候条件根据试验目的选用。当被用于评价沥青砂浆在道路交叉口不同驾驶行为组合下的高温蠕变特性时，宜采用试验温度58℃±0.5℃及加载应力水平6.4KPa。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于城市道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法，通过该方法可以获取基于不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力试验的蠕变曲线，深入分析可以获取沥青砂浆在不同驾驶行为下的弹性恢复率，不可恢复柔量，累积应变以及对同驾驶行为的敏感性指标。与现有技术相比，本发明设计的试验方法充分考虑了沥青砂浆在实际道路交叉口当中的受力特点，利用实际道路交叉口的车速和车头间距数据，推导不同驾驶行为对应的室内加载模式，通过不同驾驶行为的组合可以准确地模拟沥青砂浆在多重应力蠕变试验下的高温蠕变特性。试验方法简单易行，试验条件控制合理，试验结果稳定可靠。该试验方法有利于对沥青砂浆高温蠕变机理的研究，从而指导道路交叉口沥青路面结构和材料的设计，尤其对解决道路交叉口车辙问题具有现实意义。
附图说明
图1为基于道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法的流程图；
图2为实施例1中沥青砂浆多重应力蠕变曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
选择某城市具有代表性的主干道进行调研，限速60km/h。
如图1所示，一种基于道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法，包括以下步骤：
步骤一：获取待测道路交叉口交通信息，所述交通信息包括通过车辆的车速、车头间距和交通量；
统计交通量时，不同车型需按照表3进行标准车换算；统计某交叉口断面交通组成信息如表4所示，包括车速，交通量和车头间距。
表3标准车换算系数
表4交叉口交通信息统计结果
步骤二：根据步骤一获取的车速和车头间距信息确定驾驶行为的类别、权重和加载模式，方法为：
1)选择道路交叉口断面连续三天通过的所有车辆的车速和车头间距数据，所述路段限速60km/h(Vm)，则车速数据范围为0～60km/h；所述车头间距数据为断面内通过的每辆车距离其后面一辆车的距离；
2)将0～60km/h均匀划分为4个代表车速区间：0～6km/h、6～24km/h、24～42km/h和42～60km/h，对应的驾驶行为的类别依次为：制动缓行、低速行驶、减速行驶和常速行驶，见表4；4个代表车速区间的中值分别为代表车速3km/h，15km/h，34km/h和51km/h，每个区间内所有通过车辆对应的车头间距数据的平均值为车头间距的代表值d1,d2,d3,d4，即分别为3.2m,4.5m,11.3m和26.5m；
3)将4个代表车速换算为相应的单循环加载时间t1、t2、t3、t4，换算公式为：
将四个车头间距代表值换算为相应的单循环卸载时间t'1、t'2、t'3、t'4，换算公式为：
表5单循环加载模式参数汇总表
步骤三：根据步骤二中不同驾驶行为的权重数据计算不同驾驶行为的加载周期长度，包括如下步骤：
(1)确定加载次序，将选取的四个驾驶行为按照单循环加载时间从小到大进行排序，则加载次序为低速行驶→常速行驶→减速行驶→制动缓行(t2→t4→t3→t1)。
(2)对四种驾驶行为的权重进行排序，其中最小的为Amin，则本案例总Amin等于8.50％。设定Amin对应的加载次数为10次，依据驾驶行为的具体权重比例来确定各驾驶行为的作用次数X1、X2、X3、X4，换算公式为：
(3)确定多个驾驶行为组合作用的总周期长度L，按如下公式计算：
L＝X1+X2+X3+X4
其中：X1、X2、X3、X4分别为驾驶行为1,2,3,4的作用次数；对于本案例，L＝62+31+14+10＝117次。
步骤四：采用DSR沥青剪切流变仪，根据步骤三中获得的各驾驶行为的加载周期长度进行沥青砂浆的多重应力蠕变试验：
a.试件成型
利用旋转压实成型方法成型最大粒径为2.36mm的圆柱体砂浆试件，试件尺寸高度为50mm，直径为100mm。然后，通过转芯、切割等操作获取高度为30mm，直径为10mm的砂浆圆柱体试件，保证试件上下表面相互平行，同时直径长度是最大粒径的2.5倍以上，共准备3个平行试件。
b.多重应力蠕变试验
将试件加热到58℃并进行保温，使试件内部温度均匀，设定应力加载重复次数为117次，四种加载模式的加载时间次序为t2→t4→t3→t1，相应的卸载时间次序为t'2→t'4→t'3→t'1，每种加载模式的作用次数为X2、X4、X3、和X1，荷载波形为半正弦波，荷载峰值为6.4KPa，加载过程如表6所示。试验过程记录沥青砂浆的剪切应变随时间变化的曲线。试验终止条件为加载次数到达117次或者沥青砂浆发生剪切破坏。
表6多重应力蠕变试验的加载方式实例
根据记录仪记录的试验结果，可以获得基于城市道路交叉口不同驾驶行为组合的沥青砂浆多重应力蠕变测试方法的蠕变曲线，图2为实施例1沥青砂浆在四个驾驶行为组合下的蠕变曲线，深入分析可以获取沥青砂浆在不同驾驶行为下的应变速率，累积应变量等通用蠕变参数。本发明可以在一次试验过程中获得四种不同驾驶行为条件下的蠕变参数，用于沥青砂浆在相应的交叉口实际交通状况下的高温稳定性评估，试验条件更符合交叉口现场的交通荷载状态，结果更具有针对性和准确性。
该试验方法可以应用于对沥青砂浆高温蠕变机理的研究，从而指导沥青路面交叉口路面结构和材料的设计，尤其对评价和预测沥青路面交叉口高温车辙病害具有指导意义。
