一种排水沥青路面水文模拟装置及试验方法.pdf

本发明是一种排水沥青路面水文模拟装置及试验方法。在实验室内建立试验承载台，该试验平承载台上安装雨棚及雨棚支架、雨棚支架上安装供水管道和降雨喷头，试验承载台中间设置积水水箱和回水管，回水管连接积水水箱，试验承载台上布置车轮运动导轨和导轨支架，导轨支架上安装车轮拖行车架，车轮拖行车架上安装车轮拖行电机和标准车轮，在试验承载台上面设置排水试验路面。本发明可以模拟不同降雨量条件、不同车速和胎压、不同路面坡度以及不同结构的排水试验路面路表积水深、排水效率等水文参数测定，可以为排水沥青路面的设计和施工提供有效的数据支撑。

1.  一种排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：在实验室内建立试验承载台，该试验平承载台上安装雨棚及雨棚支架、雨棚支架上安装供水管道和降雨喷头，试验承载台中间设置积水水箱和回水管，回水管连接积水水箱，试验承载台上布置车轮运动导轨和导轨支架，车轮运动导轨上安装车轮拖行齿形带轮和导向轮，导轨支架上安装车轮拖行车架，车轮拖行车架上安装车轮拖行电机和标准车轮，在导轨支架下部和雨棚支架下部的位置设有排水槽，回水管连接排水槽，在试验承载台上面设置排水试验路面。

2.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的试验承载台底部设置可升降的支座调节装置。

3.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的供水管道连接电机，该电机连接到积水水箱。

4.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的回水管上装有回水流量计。

5.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的车轮运动导轨为环形导轨。

6.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的降雨喷头沿雨棚支架内四周设置。

7.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的试验承载台由3米试验承载台和10米试验承载台连接组成。

8.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的10米试验承载台上设置有多个积水深测定计。

9.  根据权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置，其特征在于：所述的排水沥青路面水文模拟装置通过电气线路与系统控制台控制连接。

10.  用权利要求1所述的排水沥青路面水文模拟装置的试验方法，其特征在于按以下进行：将不同结构类型的排水试验路面固定于3米长试验承载台以及10米长试验承载台上，打开系统控制台的电源开关，用车轮升降按钮调整车轮与排水试验路面接触；用车轮压力调节按钮设定在试验过程中施加在路面上的车轮压力大小；调节车轮速度控制按钮，设定车轮在试验过程中的运行速度；用降雨量控制按钮，设定试验所模拟的降雨量大小；用支座调节按钮对四个支座高度进行调节来设定排水试验路面坡度；按下运行按钮，系统开始试验，电机将积水水箱中水通过供水管道运送至降雨喷头，以预先设定的模拟降雨量开始降水；同时车轮拖行电机带动拖行齿形带轮移动，在齿轮咬合作用下，车轮拖行车架以及固定在车架上的车轮以预先设定的速度和压力条件进行运动，移动至弯道处时由导向轮辅助进行变向；试验过程中，排水试验路面的积水水深由积水深测定计进行测定并记录相关数据，在显示屏上显示测试数据，各段排水试验路面的排水由各段承载台侧边的排水槽汇合，经回水管流至积水水箱，并由回水流量计测定各段排水试验路面的排水量，测试数据亦可显示在显示屏上；试验完成后可以通过数据输出接口将测试数据导出至存储器上，包括模拟降雨量大小、车轮速度和压力、路面积水深、各段排水试验路面排水量、系统运行时间的数据。

一种排水沥青路面水文模拟装置及试验方法
技术领域
本发明属于交通运输工程中公路工程领域，具体是一种排水沥青路面水文模拟装置及试验方法。
背景技术
据调查统计在高速公路上行驶的车辆雨天事故率是晴天的5～7倍，而且雨天发生事故时伤亡人数经济损失也远高于晴天事故，约为晴天事故的1.8～6.2倍。常规路面不能有效地排走降雨，路表积水产生水雾或水花严重降低路面行驶的能见度，且大大降低了路面与轮胎之间的摩擦系数，从而造成雨天事故频发。为了解决上述问题，在高速公路上开始推广排水性沥青路面，采用大空隙结构使得降雨能迅速从路面内部排走，不至于产生大面积路表积水，保证雨天的行车的安全。有必要对路面渗水性能进行研究，目前雨天条件下排水路面路表水文模拟采用近似模拟试验方法：采用不同材料的球体紧密堆积排列组成排水路面骨架模型，下部用带孔支撑板和透水层支撑。利用固定水头高度的水箱、调节阀和电动机调整模型的水循环入渗流量，并测定流速场。或直接利用圆柱体芯样，采用变水头渗水仪进行渗水系数测定。不论采用骨架颗粒模型或采用圆柱体芯样，或是固定水头、变水头渗水仪模拟路面水流入渗条件，均与实际运营道路在降雨环境下路面水文特征有较大的出入，对于不同降雨条件、实际结构空隙状态和路面坡度等因素综合影响下的排水路面渗流性能无法做出准确的评价，从而不能获得有效的试验数据来指导排水沥青路面设计和施工。综合以上情况，目前对于不同降雨量、路面空隙率等因素对于排水沥青路面路表水文特性的影响还没有很好的室内模拟试验设备，迫切需要研发一种模拟实际道路路面运营环境下排水沥青路面水文模拟试验装置。
发明内容
    本发明的目的是提出一种排水沥青路面水文模拟装置及排水路面路表水文特征模拟试验方法，利用实际铺筑的试验段对排水路面雨天环境下的排水效率、路表水文变化特征以及路面结构与路面水文径流的相互作用进行全面的研究。分析入渗流量、路面坡度、结构空隙率对于路面雨洪径流的影响，建立一种排水沥青路面水文模拟系统。
本发明的技术方案为：
在实验室内建立试验承载台，该试验平承载台上安装雨棚及雨棚支架、雨棚支架上安装供水管道和降雨喷头，试验承载台中间设置积水水箱和回水管，回水管连接积水水箱，试验承载台上布置车轮运动导轨和导轨支架，车轮运动导轨上安装车轮拖行齿形带轮和导向轮，导轨支架上安装车轮拖行车架，车轮拖行车架上安装车轮拖行电机和标准车轮，在导轨支架下部和雨棚支架下部的位置设有排水槽，回水管连接排水槽，在试验承载台上面设置排水试验路面。
进一步地，所述的试验承载台底部设置可升降的支座调节装置。
进一步地，所述的供水管道连接电机，该电机连接到积水水箱。
进一步地，所述的回水管上装有回水流量计。
进一步地，所述的车轮运动导轨为环形导轨。
进一步地，所述的降雨喷头沿雨棚支架内四周设置。
进一步地，所述的试验承载台由3米试验承载台和10米试验承载台连接组成。
进一步地，所述的10米试验承载台上设置有多个积水深测定计。
进一步地，所述的排水沥青路面水文模拟装置通过电气线路与系统控制台控制连接。在该装置中安设传感器及电源均通过电气线路连接至系统控制台。
用所述的排水沥青路面水文模拟装置的试验方法按以下进行：将不同结构类型的排水试验路面固定于3米长试验承载台以及10米长试验承载台上，打开系统控制台的电源开关，用车轮升降按钮调整车轮与排水试验路面接触；用车轮压力调节按钮设定在试验过程中施加在路面上的车轮压力大小；调节车轮速度控制按钮，设定车轮在试验过程中的运行速度；用降雨量控制按钮，设定试验所模拟的降雨量大小；用支座调节按钮对四个支座高度进行调节来设定排水试验路面坡度；按下运行按钮，系统开始试验，电机将积水水箱中水通过供水管道运送至降雨喷头，以预先设定的模拟降雨量开始降水；同时车轮拖行电机带动拖行齿形带轮移动，在齿轮咬合作用下，车轮拖行车架以及固定在车架上的车轮以预先设定的速度和压力条件进行运动，移动至弯道处时由导向轮辅助进行变向；试验过程中，排水试验路面的积水水深由积水深测定计进行测定并记录相关数据，在显示屏上显示测试数据，各段排水试验路面的排水由各段承载台侧边的排水槽汇合，经回水管流至积水水箱，并由回水流量计测定各段排水试验路面的排水量，测试数据亦可显示在显示屏上；试验完成后可以通过数据输出接口将测试数据导出至存储器上，包括模拟降雨量大小、车轮速度和压力、路面积水深、各段排水试验路面排水量、系统运行时间的数据。
       本发明带来的有益效果是，可以模拟不同降雨量条件、不同车速和胎压、不同路面坡度以及不同结构的排水试验路面路表积水深、排水效率等水文参数测定，能通过该测试系统较为真实地模拟出实际运营中道路路面上多因素影响条件，来达到辅助排水沥青路面空隙率设计及验证的目的；避免了以往排水沥青路面设计中空隙率设计验证的不足，可以为排水沥青路面的设计和施工提供有效的数据支撑。
附图说明
图1为本发明的模拟装置整体结构示意图（立体图）。
图2为本发明的模拟装置的立面示意图。
图3为本发明的模拟装置的平面示意图。
图4为本发明的模拟装置系统控制台结构示意图。
图中：1为雨棚支架，2为供水管道，3为降雨喷头，4为排水槽，5为电机，6为积水水箱，7为回水管，8为回水流量计，9为排水试验路面，10为支座调节装置，11为3米试验承载台，12为标准车轮，13为车轮拖行车架，14为车轮运动导轨，15为导轨支架，16为车轮拖行电机，17为车轮拖行齿形带轮，18为导向轮，19为承载平台底板上安装的积水深测定计，20为10米试验承载台，21为系统控制台，22为显示屏，23为主电源开关，24为车轮升降调节按钮，25为车轮速度调节按钮，26为车轮压力调节按钮，27为降雨量调节按钮，28为支座调节按钮，29为运行按钮，30为停止按钮，31为数据输出接口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的详述。
如图1-3所示，本发明的排水沥青路面水文模拟装置是在实验室内建立试验承载台，试验承载台由3米试验承载台11和10米试验承载台20连接组成；该试验平承载台上安装雨棚及雨棚支架1、雨棚支架1上安装供水管道2和降雨喷头3，降雨喷头沿雨棚支架内四周设置；试验承载台中间设置积水水箱6和回水管7，回水管7连接积水水箱6，供水管道连接电机5，该电机连接到积水水箱6；试验承载台上布置车轮运动导轨14和导轨支架15，车轮运动导轨上安装车轮拖行齿形带轮17和4个导向轮18，车轮运动导轨为环形导轨，导轨支架上安装车轮拖行车架13，车轮拖行车架上安装车轮拖行电机16和标准车轮12，在导轨支架下部和雨棚支架下部的位置设有排水槽4，回水管7连接排水槽，回水管上装有回水流量计8，在试验承载台上面设置排水试验路面9。试验承载台底部设置可升降的支座调节装置10。10米试验承载台上设置有多个积水深测定计19（如图3中所示）。排水沥青路面水文模拟装置由系统控制台21控制，模拟装置中安设传感器及电源均通过电气线路连接至系统控制台21（可采用现有技术安设传感器及电源、电气线路）。整个排水沥青路面水文模拟装置通过电气线路由系统控制台21控制总电源开关、支座高度调节、车轮运行、降雨量调节及传感器数据采集等功能。
雨棚支架为钢结构，能确保试验中供水管道2以及降雨喷头3的固定位置位于排水试验路面9的范围内。供水管道可以将供水输送至排水试验路面9上方一定高度位置，进行模拟降雨控制。降雨喷头上滴孔大小可调节，可以将水转换为不同大小的雨滴模拟降雨。排水槽4可收集模拟降雨条件下排水试验路面9的排水。电机5将积水水箱6中水通过供水管道2抽送至降雨喷头3处。积水水箱6用于存放试验当中收集的回水。回水管7用于引导排水槽4中积水至积水水箱6。回水流量计8可以测定试验过程当中经回水管7排至积水水箱6的水流量。排水试验路面9铺筑于3米试验承载台11和10米试验承载台20上的试验路面，宽度为1米。支座调节装置10可以通过液压装置进行高度调节。可以调节标准车轮12的运行速度以及与排水试验路面9的接触压力，模拟路面上不同速度和不同胎压的车辆。固定在车轮运动导轨14上车轮拖行车架13用于牵引标准车轮12移动。运行导轨14由工字钢组成，可以引导车轮运行轨迹，导轨支架15用于支承运行导轨14。车轮拖行电机16可以带动车轮拖行齿形带轮运动。车轮拖行齿形带轮17被固定于车轮运动导轨14上，可以通过齿条与齿轮的咬合来带动拖行车架13以及车轮12的运动。导向轮18用于车轮运动导轨14弯道处的辅助导向装置。安装在10米长试验承载台20底板中圆形钻孔上的积水深测定计19可以测定试验过程当中排水试验路面9的积水深度。10米试验承载台20用于支承排水试验路面9。21为系统控制台，可以进行整个装置的控制操作，包括开关电源、车轮升降调节、降雨量调节、车轮速度调节、车轮压力调节、支座高度调节、试验运行、试验暂停及测定数据输出等功能。显示屏22可以提供参数调节和试验过程中的参数显示。电源开关23可以控制整个测试系统的开启和关闭。车轮升降调节按钮24可以控制车轮上下移动。车轮速度调节按钮25可以调节车轮运动速度，模拟车辆在路面上的不同行驶速度。车轮压力调节按钮26可以调节车轮施加在试验路面上的压力，模拟不同重量的车辆在路面上的行驶状况。降雨量调节按钮27可以调节模拟降雨大小。支座调节按钮28可以进行四个支座的升降控制。运行按钮29可以在试验参数设置完毕后开启试验装置。停止按钮30可以即时停止试验装置。数据输出接口31可以将测试系统内部存储的数据导出，包括降雨大小、车轮运行速度及压力、积水深度、运行时间等数据。
实验方法：将不同结构类型的排水试验路面9固定于3米长试验承载台11以及10米长试验承载台20上，打开系统控制台21的电源开关23，使用车轮升降按钮24调整车轮12与排水试验路面9接触；使用车轮压力调节按钮26，设定在试验过程中施加在路面上的车轮压力大小；调节车轮速度控制按钮20，设定车轮在试验过程中的运行速度；使用降雨量控制按钮27，设定试验所模拟的降雨量大小；使用支座调节按钮28，对四个支座高度进行调节来设定排水试验路面坡度；按下运行按钮29，系统开始试验，电机5将积水水箱6中水通过供水管道2运送至降雨喷头3，以预先设定的模拟降雨量开始降水；同时车轮拖行电机16带动拖行齿形带轮17移动，在齿轮咬合作用下，车轮拖行车架13以及固定在车架上的车轮12以预先设定的速度和压力条件进行运动，移动至弯道处时由导向轮18辅助进行变向；试验过程中，排水试验路面9的积水水深由积水深测定计进行测定并记录相关数据，在显示屏22上显示测试数据，各段排水试验路面9的排水由各段承载台侧边的排水槽汇合，经回水管7流至积水水箱6，并由回水流量计8测定各段排水试验路面9的排水量，测试数据亦可显示在显示屏22上；试验完成后可以通过数据输出接口31将测试数据导出至存储器上，包括模拟降雨量大小、车轮速度和压力、路面积水深、各段排水试验路面排水量、系统运行时间等数据。若试验过程中遇到紧急情况，可以按下停止按钮30，整个测试系统即将停止运行。当试验结束后，关闭电源开关23。