一、核心原理：基于伺服液壓的多維應(yīng)力 - 應(yīng)變動(dòng)態(tài)模擬

伺服液壓動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的核心原理是通過(guò)伺服液壓驅(qū)動(dòng)、閉環(huán)反饋控制、多場(chǎng)耦合加載，jing準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)瀝青混合料在路面服役過(guò)程中承受的 “軸向動(dòng)荷載 + 圍壓靜荷載" 復(fù)合應(yīng)力環(huán)境，進(jìn)而量化材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)特性，核心邏輯可概括為 “應(yīng)力加載→變形監(jiān)測(cè)→數(shù)據(jù)反饋→荷載修正" 的實(shí)時(shí)閉環(huán)。

1. 基礎(chǔ)力學(xué)原理適配（貼合路面服役實(shí)際）

瀝青混合料在路面結(jié)構(gòu)中處于三維應(yīng)力狀態(tài)：行車荷載產(chǎn)生周期性軸向動(dòng)應(yīng)力（0-100kPa），路基與相鄰結(jié)構(gòu)提供側(cè)向圍壓（5-50kPa），溫度變化疊加體積應(yīng)力影響。伺服液壓動(dòng)三軸系統(tǒng)通過(guò)以下機(jī)制模擬該過(guò)程：

應(yīng)力加載模式：采用 “軸向動(dòng)載 + 徑向靜載" 組合，軸向通過(guò)伺服液壓缸施加正弦波、方波等周期性荷載（頻率 0.1-20Hz，模擬不同行車速度），徑向通過(guò)圍壓系統(tǒng)施加恒定壓力（模擬路面深度方向約束）。

力學(xué)響應(yīng)監(jiān)測(cè)：通過(guò)軸向力傳感器（精度≤±0.5% F.S.）、環(huán)向應(yīng)變計(jì)（分辨率≤1με）、體積變化傳感器（精度≤0.1cm3）同步采集荷載、變形、體積變化數(shù)據(jù)，計(jì)算動(dòng)彈模、阻尼比、yong久變形等關(guān)鍵指標(biāo)。

溫度耦合控制：部分gao端設(shè)備集成溫控艙，可實(shí)現(xiàn) - 20℃-60℃范圍內(nèi)的溫度jing準(zhǔn)控制（精度 ±0.5℃），適配不同氣候區(qū)路面溫度環(huán)境，這與 JTG 3410-2025 中 “考慮溫度對(duì)材料性能影響" 的試驗(yàn)理念高度契合。

2. 伺服液壓技術(shù)的核心突破

相較于傳統(tǒng)靜力三軸儀，該系統(tǒng)通過(guò)伺服控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)三大升級(jí)，解決 “動(dòng)態(tài)荷載模擬失真"“數(shù)據(jù)采集滯后"“多參數(shù)協(xié)同難" 等痛點(diǎn)：

荷載jing準(zhǔn)可控：采用電液伺服閥（響應(yīng)時(shí)間≤5ms）調(diào)節(jié)液壓油流量與壓力，使軸向動(dòng)荷載峰值波動(dòng)≤±1%，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備 ±5% 的偏差，可jing準(zhǔn)模擬重載交通的沖擊荷載。

變形實(shí)時(shí)追蹤：基于 LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器）的位移傳感器（量程 0-50mm，分辨率 0.001mm），實(shí)時(shí)捕捉混合料在動(dòng)態(tài)荷載下的彈性變形與塑性累積變形，數(shù)據(jù)采樣頻率可達(dá) 1000Hz。

多場(chǎng)協(xié)同加載：通過(guò)zhong央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) “荷載 - 應(yīng)變 - 溫度" 三參數(shù)聯(lián)動(dòng)，例如在高溫（60℃）、高圍壓（30kPa）條件下施加高頻動(dòng)荷載，模擬南方夏季重載路段的材料受力狀態(tài)。

二、設(shè)備結(jié)構(gòu)組成：支撐動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試的五大核心系統(tǒng)

伺服液壓動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理依賴于 “液壓動(dòng)力、荷載施加、變形監(jiān)測(cè)、溫度控制、數(shù)據(jù)處理" 五大系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，各系統(tǒng)功能與原理適配如下：

1. 液壓動(dòng)力系統(tǒng)（能量供給核心）

組成：高壓液壓泵站（工作壓力 0-21MPa）、蓄能器、濾油器、冷卻器。

工作原理：

① 動(dòng)力輸出：液壓泵站將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，通過(guò)高壓油管輸送至伺服閥，為軸向與徑向加載提供穩(wěn)定動(dòng)力；

② 壓力緩沖：蓄能器吸收液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)，確保荷載輸出平穩(wěn)（壓力波動(dòng)≤±0.1MPa）；

③ 系統(tǒng)保護(hù)：濾油器過(guò)濾液壓油雜質(zhì)（精度≤5μm），冷卻器控制油溫在 30-50℃，避免油液劣化影響伺服閥壽命。

2. 荷載施加系統(tǒng)（應(yīng)力傳遞關(guān)鍵）

組成：軸向伺服液壓缸、徑向圍壓缸、壓力室、試樣帽 / 底座。

工作原理：

① 軸向加載：伺服液壓缸活塞桿帶動(dòng)試樣帽向下施加軸向荷載，通過(guò)力傳感器實(shí)時(shí)反饋荷載大小，伺服閥根據(jù)指令動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壓力；

② 徑向圍壓：高壓油液注入壓力室，對(duì)圓柱形試樣（直徑 100mm，高 200mm 或直徑 150mm，高 300mm）施加均勻徑向圍壓，圍壓值通過(guò)壓力傳感器閉環(huán)控制；

③ 試樣密封：采用熱縮膜或橡膠膜包裹試樣，兩端通過(guò)試樣帽與底座密封，防止圍壓油液滲入試樣內(nèi)部（尤其適用于多孔瀝青混合料）。

3. 變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（力學(xué)響應(yīng)捕捉）

組成：軸向 LVDT 位移傳感器、環(huán)向應(yīng)變片、體積變化測(cè)量裝置。

工作原理：

① 軸向變形：LVDT 傳感器固定在壓力室頂部，通過(guò)測(cè)量活塞桿位移獲取試樣軸向總變形，扣除設(shè)備自身變形（需預(yù)先標(biāo)定）后得到真實(shí)試樣變形；

② 環(huán)向變形：在試樣中部粘貼 2-4 片環(huán)向應(yīng)變片（采用半橋或全橋接法），通過(guò)應(yīng)變儀測(cè)量徑向變形，計(jì)算泊松比；

③ 體積變化：采用排水法或壓力補(bǔ)償法，通過(guò)量管或壓力傳感器測(cè)量試樣在加載過(guò)程中的排水體積或體積膨脹量，精度可達(dá) 0.01cm3。

4. 溫度控制系統(tǒng)（環(huán)境模擬保障）

組成：溫控艙、加熱器、制冷器、溫度傳感器。

工作原理：

① 溫度設(shè)定：根據(jù)試驗(yàn)需求（如 - 10℃模擬北方冬季，50℃模擬南方夏季）設(shè)定目標(biāo)溫度，溫控模塊自動(dòng)啟動(dòng)加熱或制冷；

② 均勻控溫：通過(guò)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)溫控艙內(nèi)空氣循環(huán)，溫度傳感器（精度 ±0.1℃）實(shí)時(shí)反饋溫度，確保試樣周圍溫度均勻性≤±0.5℃；

③ 保溫隔熱：壓力室采用雙層真空玻璃結(jié)構(gòu)，減少與外界的熱交換，維持試驗(yàn)過(guò)程中溫度穩(wěn)定。

5. 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（結(jié)果分析核心）

組成：工業(yè)計(jì)算機(jī)、Z用用測(cè)試軟件、數(shù)據(jù)采集卡、打印機(jī)。

工作原理：

① 參數(shù)設(shè)定：通過(guò)軟件設(shè)定加載波形（正弦波、三角波等）、頻率、幅值、圍壓、溫度等試驗(yàn)參數(shù)，生成加載指令；

② 實(shí)時(shí)采集：數(shù)據(jù)采集卡以 100-1000Hz 的頻率同步采集力、位移、應(yīng)變、溫度等數(shù)據(jù)，生成 “荷載 - 時(shí)間"“應(yīng)變 - 時(shí)間"“應(yīng)力 - 應(yīng)變" 曲線；

③ 結(jié)果計(jì)算：自動(dòng)計(jì)算動(dòng)彈模（Ed）、阻尼比（ζ）、累積yong久變形（εp）等指標(biāo)，例如 Ed=σ0/ε0（σ0 為應(yīng)力幅值，ε0 為應(yīng)變幅值），ζ= 耗能面積 /(2π× 彈性勢(shì)能)；

④ 數(shù)據(jù)溯源：自動(dòng)記錄試驗(yàn)參數(shù)、加載曲線、原始數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果，可導(dǎo)出為 Excel 或 PDF 格式，符合 JTG 3410-2025 “試驗(yàn)數(shù)據(jù)可追溯" 的要求。

三、典型試驗(yàn)流程：以瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量測(cè)試為例

結(jié)合 JTG 3410-2025 中對(duì)混合料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的測(cè)試需求，伺服液壓動(dòng)三軸試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化流程可分為 7 個(gè)階段：

試樣制備：采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀制備 Φ100×200mm 的圓柱形混合料試樣，按 T0701 標(biāo)準(zhǔn)鉆芯取樣，測(cè)量高度與直徑（誤差≤±1mm），計(jì)算體積密度。

設(shè)備準(zhǔn)備：?jiǎn)?dòng)液壓泵站與溫控系統(tǒng)，設(shè)定目標(biāo)溫度（如 25℃）與圍壓（如 20kPa），設(shè)備自檢（傳感器、伺服閥狀態(tài)），預(yù)熱 30 分鐘。

試樣安裝：將試樣包裹密封膜，置于壓力室底座上，安裝試樣帽與環(huán)向應(yīng)變片，連接位移傳感器，關(guān)閉壓力室并注入液壓油。

圍壓施加：?jiǎn)?dòng)圍壓系統(tǒng)，緩慢升壓至目標(biāo)值（20kPa），恒溫 30 分鐘，確保試樣與環(huán)境溫度一致。

預(yù)加載：施加小幅值軸向靜荷載（5kPa）與低頻率動(dòng)荷載（0.1Hz，幅值 2kPa），預(yù)壓 10 個(gè)循環(huán)，X除試樣初始孔隙與安裝間隙。

正式試驗(yàn)：按設(shè)定參數(shù)加載（如正弦波，頻率 10Hz，應(yīng)力幅值 50kPa），連續(xù)加載 100 個(gè)循環(huán)，實(shí)時(shí)采集應(yīng)力 - 應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算動(dòng)彈模與阻尼比。

試驗(yàn)結(jié)束：卸載圍壓與軸向荷載，打開壓力室取出試樣，軟件自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告，包含原始數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果及相關(guān)曲線。

四、公路工程應(yīng)用價(jià)值：與 JTG 3410-2025 的技術(shù)協(xié)同

伺服液壓動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理與 JTG 3410-2025 中 “強(qiáng)化材料動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)"“適配復(fù)雜服役環(huán)境" 的修訂方向高度契合，核心應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在三大場(chǎng)景：

長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)：通過(guò)測(cè)試不同溫度、圍壓、荷載頻率下的動(dòng)彈模，建立混合料動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)庫(kù)，為路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算提供jing準(zhǔn)輸入，例如某設(shè)計(jì)壽命 30 年的高速項(xiàng)目，通過(guò)該試驗(yàn)優(yōu)化混合料級(jí)配，使 25℃下動(dòng)彈模從 12000MPa 提升至 15000MPa。

抗車轍性能評(píng)估：采用 “重復(fù)加載yong久變形試驗(yàn)" 模式，在 60℃、30kPa 圍壓下施加 10000 次循環(huán)荷載，計(jì)算yong久變形量（要求≤5%），JTG 3410-2025 新增的車轍因子優(yōu)化即參考此類動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

zai生混合料性能驗(yàn)證：對(duì)比舊料摻配率 30%、50%、70% 的zai生混合料在不同荷載下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，確定Z佳舊料摻配比例，某zai生工程通過(guò)該試驗(yàn)將舊料摻配率從 40% 提升至 60%，仍滿足動(dòng)彈模≥10000MPa 的要求。

結(jié)語(yǔ)：動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)對(duì)公路質(zhì)量的深層支撐

伺服液壓動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理，本質(zhì)是將路面服役中的 “復(fù)雜動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)" 轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室可jing準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的 “可控加載條件"，通過(guò)液壓伺服的jing準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)與多參數(shù)協(xié)同控制，突破了傳統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)無(wú)法評(píng)價(jià)材料動(dòng)態(tài)性能的局限。在 JTG 3410-2025 強(qiáng)調(diào) “全壽命周期性能" 的背景下，該系統(tǒng)為瀝青混合料的kang疲勞、抗車轍、抗變形等關(guān)鍵性能提供了量化依據(jù)，是連接材料研發(fā)、配合比設(shè)計(jì)與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)橋梁，對(duì)推動(dòng)公路工程從 “經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)" 向 “jing準(zhǔn)力學(xué)設(shè)計(jì)" 轉(zhuǎn)型具有重要意義。