本發(fā)明涉及性能檢測(cè)，尤其涉及一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、在季凍區(qū)，路基受到季節(jié)性凍融現(xiàn)象的影響，土壤中的水分在低溫環(huán)境下凍結(jié)，并在氣溫回升時(shí)融化，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)發(fā)生顯著變化。凍融作用對(duì)路基的穩(wěn)定性和承載力產(chǎn)生了直接影響，尤其是凍結(jié)深度的變化，常常引起路基材料的膨脹與收縮、裂縫產(chǎn)生和土壤剪切強(qiáng)度的減弱，從而導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)受到損害，影響交通安全。因此，如何精確監(jiān)測(cè)和評(píng)估路基的凍融情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)，成為了道路工程中的一個(gè)重要研究課題。

2、目前，常用的路基凍融監(jiān)測(cè)方法主要依賴于溫度傳感器，通過測(cè)量不同深度的溫度變化來估算凍結(jié)深度。然而，這種方法僅憑溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行凍結(jié)深度計(jì)算，忽略了溫度梯度、土壤水分、土壤成分變化以及凍融循環(huán)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程，導(dǎo)致凍結(jié)深度的計(jì)算精度較低，難以準(zhǔn)確反映凍融過程的實(shí)際情況。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備通常固定安裝在某些特定位置，無法全面捕捉不同深度及不同部位的溫度變化，無法適應(yīng)凍融變化較大、時(shí)間跨度長(zhǎng)的復(fù)雜環(huán)境。

3、同時(shí)，現(xiàn)有的路基材料性能檢測(cè)方法存在如下技術(shù)問題：路基凍融監(jiān)測(cè)精度不足、凍結(jié)深度計(jì)算誤差較大及動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，以解決路基凍融監(jiān)測(cè)精度不足、凍結(jié)深度計(jì)算誤差較大及動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)不足的技術(shù)問題。

2、一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，包括以下步驟：

3、s1.?采集并預(yù)處理原始溫度數(shù)據(jù)，得到預(yù)處理后的溫度數(shù)據(jù)；引入多變量的非線性熱傳導(dǎo)方程對(duì)預(yù)處理后的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，得到季凍區(qū)路基優(yōu)化后的溫度梯度；根據(jù)優(yōu)化后的溫度梯度，計(jì)算溫度分布；基于溫度分布，計(jì)算凍結(jié)深度；

4、s2.?計(jì)算路基材料的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并基于檢測(cè)到的電阻率數(shù)據(jù)通過溫度-電阻率-時(shí)間耦合水分含量模型計(jì)算水分含量；

5、s3.?基于s1和s2對(duì)溫度數(shù)據(jù)、路基材料的應(yīng)變數(shù)據(jù)和電阻率數(shù)據(jù)的分析，利用綜合性能檢測(cè)評(píng)估算法對(duì)路基材料性能進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，生成路基材料的綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)；根據(jù)綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)對(duì)路基材料性能進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果；利用綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)的空間分布，識(shí)別出路基在不同位置和不同時(shí)間段的抗凍性能差異，并對(duì)路基材料的設(shè)計(jì)和施工過程進(jìn)行優(yōu)化。

6、優(yōu)選的，所述s1，具體包括：

7、多變量的非線性熱傳導(dǎo)方程的具體實(shí)現(xiàn)公式為：

8、，

9、其中，表示優(yōu)化后的溫度梯度；是熱擴(kuò)散系數(shù)；是在位置和時(shí)間下的預(yù)處理后的溫度數(shù)據(jù)；表示溫度梯度的變化率；是水分含量對(duì)初步溫度梯度的修正系數(shù)；是在位置和時(shí)間的水分含量；是路基材料在凍結(jié)前的初始水分含量；是水分含量影響指數(shù)；是在位置和時(shí)間下的預(yù)處理后的溫度數(shù)據(jù)與參考溫度之間差值的二階空間導(dǎo)數(shù)；是參考溫度；是地?zé)崃飨禂?shù)；是地?zé)崃髅芏取?/p>

10、優(yōu)選的，所述s1，具體包括：

11、基于溫度分布，引入多因素非線性凍結(jié)深度計(jì)算公式，計(jì)算凍結(jié)深度，具體公式如下：

12、，

13、其中，是在位置和時(shí)刻下的凍結(jié)深度；是初始凍結(jié)深度；是非線性耦合系數(shù)；是經(jīng)驗(yàn)指數(shù)；是在位置和時(shí)刻下的電阻率數(shù)據(jù)；是初始電阻率數(shù)據(jù)；是標(biāo)準(zhǔn)化的溫度變化項(xiàng)，表示當(dāng)前溫度分布中的溫度數(shù)據(jù)與參考溫度的相對(duì)變化；是描述電阻率數(shù)據(jù)對(duì)凍結(jié)深度影響的指數(shù)衰減函數(shù)。

14、優(yōu)選的，所述s2，具體包括：

15、引入應(yīng)變與電阻率耦合公式，計(jì)算路基材料的應(yīng)變數(shù)據(jù)，具體公式為：

16、，

17、其中，是在位置和時(shí)刻下的路基材料的應(yīng)變數(shù)據(jù)；是溫度變化引起的路基材料應(yīng)變的比例系數(shù)；表示溫度變化對(duì)應(yīng)變的影響的靈敏度系數(shù)；是水分含量變化引起的路基材料應(yīng)變的比例系數(shù)；是電阻率變化對(duì)應(yīng)變的影響系數(shù)；是描述電阻率變化對(duì)應(yīng)變的影響指數(shù)。

18、優(yōu)選的，所述s2，具體包括：

19、溫度-電阻率-時(shí)間耦合水分含量模型的具體公式如下：

20、，

21、其中，是在位置和時(shí)間的水分含量；是電阻率數(shù)據(jù)與水分含量關(guān)系的比例常數(shù)；是電阻率數(shù)據(jù)與水分含量之間的指數(shù)關(guān)系的冪指數(shù)；是溫度影響因子；是溫度的衰減常數(shù)；是時(shí)間修正因子；是時(shí)間修正常數(shù)；是與時(shí)間相關(guān)的系數(shù)；是時(shí)間非線性影響的冪指數(shù)。

22、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

23、在綜合性能檢測(cè)評(píng)估算法的實(shí)現(xiàn)過程中，引入凍融循環(huán)次數(shù)的影響，設(shè)計(jì)與凍融循環(huán)次數(shù)相關(guān)的凍融循環(huán)因子，表示凍融循環(huán)對(duì)路基材料抗凍性能的作用。

24、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

25、在綜合性能檢測(cè)評(píng)估算法的實(shí)現(xiàn)過程中，通過復(fù)合的雙重非線性函數(shù)對(duì)溫度數(shù)據(jù)和水分含量進(jìn)行雙重非線性耦合處理，得到溫度和水分含量的雙重非線性耦合因子。

26、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

27、在綜合性能檢測(cè)評(píng)估算法的實(shí)現(xiàn)過程中，引入土壤的微觀結(jié)構(gòu)變化，得到土壤的孔隙率。

28、優(yōu)選的，所述s3，具體包括：

29、綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)的計(jì)算公式為：

30、，

31、其中，是在位置和時(shí)間的綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)；、、是加權(quán)系數(shù)；是放大指數(shù)；是土壤的孔隙率對(duì)抗凍性能的加權(quán)系數(shù)；表示土壤的孔隙率；表示凍融循環(huán)因子；是溫度和水分含量的雙重非線性耦合因子。

32、本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果是：

33、1、通過在不同深度設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集路基內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)，并利用優(yōu)化后的溫度梯度和多變量的非線性熱傳導(dǎo)方程進(jìn)行溫度分布分析，能夠精確反映路基在凍融過程中溫度的變化，避免了溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)的局限性，從而提高凍結(jié)深度計(jì)算的精度。

34、2、基于溫度分布，引入多因素非線性凍結(jié)深度計(jì)算公式，可以實(shí)時(shí)計(jì)算出凍結(jié)深度；多因素非線性凍結(jié)深度計(jì)算公式不僅考慮了溫度變化，還引入了電阻率、土壤成分等因素的影響，提高了凍結(jié)深度計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。

35、3、通過引入應(yīng)變與電阻率耦合公式，獲得路基材料的應(yīng)變數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)路基材料在凍融過程中因溫度變化、水分凍結(jié)/融化等因素引起的路基材料體積變化，為評(píng)估路基材料性能提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

36、4、通過對(duì)溫度數(shù)據(jù)、路基材料的應(yīng)變數(shù)據(jù)和電阻率數(shù)據(jù)的綜合分析，利用綜合性能檢測(cè)評(píng)估算法通過多因素分析處理，生成路基材料的綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)；綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)能夠?yàn)槁坊O(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，特別是在季凍區(qū)，提升了路基的抗凍能力和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s1，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s1，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s2，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s2，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s3，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s3，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s3，具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法，其特征在于，所述s3，具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及性能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種季凍區(qū)路基材料性能檢測(cè)方法。包括：采集并預(yù)處理原始溫度數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)處理后的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，得到優(yōu)化后的溫度梯度；根據(jù)優(yōu)化后的溫度梯度，計(jì)算溫度分布，進(jìn)一步計(jì)算凍結(jié)深度；計(jì)算路基材料的應(yīng)變數(shù)據(jù)和水分含量；利用綜合性能檢測(cè)評(píng)估算法對(duì)路基材料性能進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，生成路基材料的綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)；根據(jù)綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)對(duì)路基材料性能進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)結(jié)果；利用綜合抗凍性能評(píng)估系數(shù)的空間分布，識(shí)別出路基在不同位置和不同時(shí)間段的抗凍性能差異，并對(duì)路基材料的設(shè)計(jì)和施工過程進(jìn)行優(yōu)化。解決了路基凍融監(jiān)測(cè)精度不足、凍結(jié)深度計(jì)算誤差較大及動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)不足的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：徐永麗,劉彥程,孫明剛,王心智,池波,李斌,李興宇,劉珂言
受保護(hù)的技術(shù)使用者：龍建路橋股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2