城市道路积雪物理机械性能测试研究

城市道路积雪物理机械性能测试研究

项华健

东莞市慕思寝室用品有限公司广东东莞523000

摘要：针对城市道路积雪的物理机械性能进行有效分析，包括城市道路积雪的抗压强度、积雪的密度及积雪的硬度，并测试研究在环境温度变化的影响作用下，积雪抗压强度的改变情况。从而将除雪机械更合理的设计出来，将基本的理论依据有效提供，有利于除雪机械设计人员在设计除雪设备过程中有更好的参考。

关键词：城市道路积雪；物理机械性能；测试研究

每年在我国内蒙古、华北、西北及东北等北方多数地区的降雪期一般有3至5个月的时间，在多公里的道路中会有诸多问题存在，其中最为常见的问题为道路积雪问题，因此加强对道路积雪的积极清除是一项十分重要的工作。每年，在降雪时期，为清除积雪，学校学生和相关单位的职工会全体出动，既劳民伤财，又费时费力，对他们的学习和生活产生了严重影响，使得诸多不安全因素出现[1]。相关单位均不同程度的对道路除雪装置进行了有效研究，但在道路压实积雪方面，针对其物理机械性能来说，由于缺乏相关内容的理论研究基础，多数理论研究基础均适用于松雪和新雪，在运用道路除雪装置过程中，严重限制了其应用，使其得不到有效发展。为使上述状况得到有效改善，应当积极测试研究道路积雪的相关机械性能，包括抗压强度、密度及硬度等，从而促进道路积雪除雪机械更好的研发出来，为开发研制提供有效的设计基本参数和基础理论知识[2]。

1积雪抗压强度

对于积雪抗压强度来说，其主要含义是指积雪对其他相关物体进入进行有效抵抗的能力评价指标。其表示方法为：刚体向积雪内进入时产生的阻力情况，主要定义是指在单位面积上，该刚体受到的阻力情况。在计算除雪机械过程中，积雪抗压强度是其十分重要的参数[3]。

1.1针对积雪抗压强度，分析其相关计算

随着时间和地点的不断变化，抗压强度数值也会发生一定的变化。积雪冲击功的计算公式为：W1=9.8【m（h＋d）＋Md】（J）。积雪阻力所做功的计算公式为：Q=F/S=9.8【m（1＋h/d）＋M】/S（Pa）。其中W1表示积雪冲击功，m表示相关装置中重锤的质量，h表示相关装置中重锤自由落体高度，d表示在积雪中装置下降的深度大小，M表示相关装置中圆盘、承重块及标尺杆的重量之和，Q表示积雪抗压强度，F表示在下限过程中，装置阻力平均值，S表示相关装置中积雪和圆盘的作用面积。

相关研究显示，在积雪密度小于0.3g/cm2的情况下，积雪会存在很小的抗压强度，但在积雪密度大于0.3g/cm2的情况下，如果增加积雪密度，那么积雪抗压强度也会随之增加[4]。

1.2分析环境温度变化和积雪抗压强度的关系情况

通过实际检测，得出结论：如果降低环境温度，那么积雪抗压强度会随之增高。

2积雪密度

在雪水当量计算过程中，积雪深度和积雪密度均为基本的物理参量，在建筑物雪荷计算、雪崩预报、融雪径流模拟及平衡积雪区域水量过程中，积雪深度和积雪密度均具有十分重要的作用，同时对积雪深度和积雪密度的时空分布情况充分了解，能够促进对雪水资源时空分布有效研究，并做到合理利用雪水资源。

现阶段关于积雪密度，国内外存在较少的研究，在获取大范围积雪密度和固定站点积雪密度过程中，多运用雪密度函数进行有效计算，该雪密度函数和上覆压力、积雪深度及积雪时间具有一定关系。但主要通过两种方式对雪密度进行实际测量，（1）体积量雪器，在气象上运用十分广泛，在测定过程中需要将把手拿住，在雪中垂直插入量学器。再将量雪器一方的雪拨开，把小铲插入量雪器口，和同量雪器仪器一起拿到容器上，然后将小铲抽出，使雪样向容器内落入，加盖拿回室内，待到雪融化以后，用量杯对其容量进行测定。该方法对雪密度进行测定过程中存在较高的准确性，但具有明显缺点，在雪深比量雪器金属筒高度高的情况下，取样需要分几次进行，步骤繁琐，同时较易对下层雪样产生破坏作用；积雪中间遇到冰层时取样困难。（2）野外取样称重法。通过对常年积雪区冰层取样的整体性进行充分考虑，取样筒的设计多细长厚实，在野外，将取得的积雪样品通过类似杆秤的秤雪器或弹簧秤进行称重。该设计能够防止雪样掉落情况发生，使取样器能够在冰层中顺利穿过，野外称量使得工作效率提高，但在单位高度中，细长的设计会减少取得雪样的体积，导致雪密度的测定精度降低；并且取样器的细长设计使得在运用该仪器的情况下，对积雪的分层雪密度很难获得[5]。

积雪密度对除雪机械的使用方法和相关设计具有决定作用，它是一项十分重要的依据。g代表积雪密度，它是指积雪在单位体积内的质量情况。因雪来源于水，水的固态形式为雪，因此积雪密度值为：积雪融化前的体积和在融化积雪以后雪水质量的比值。积雪存在较大的密度变化范围。通常来说，g=0.07至0.7g/cm3。

3积雪硬度

积雪的硬度与气温的关系非常密切，特别是气温上升到融点左右时，雪的硬度就一落千丈。例如有一次，科学家们在上午1l点钟气温为-2.3℃时，实测到一种积雪的硬度在1107～l667克/厘米2之间；但到中午13点气温上升到4℃时，此时雪层的硬度下降到141～144克/厘米2之间了。因此，在气温高于0℃时，雪原上的机场和道路应停止使用。测量积雪硬度有专门的仪器，一般常用的是冲力硬度计。这种硬度计的上端有活动的金属砝码，根据砝码的重量和下降高度，以及硬度计被打入雪层的深度，就可以计算出雪层的硬度。也有人用落锤式圆盘硬度计来测量积雪的硬度[6]。

对于积雪硬度来说，其主要含义为：在单位面积上积雪能够承受的压力情况。积雪硬度指示器也可以对积雪硬度进行有效测量，积雪硬度指示器属于一种弹簧测力计，其测头为一圆锥结构，顶角一般为30°和60°。在实际测量过程中，在积雪表面使圆锥垂直放置，不断加载，同时将陷深测量出来，按照圆锥向积雪中陷入的深度情况或者通过表面直径将印迹投影面积计算出来，再通过相关公式将积雪硬度计算出来。

H=P/S。其中P为P1和P2的和；P1为载荷重量大小；P2为硬度计重量；S为圆锥印迹的相关投影面积；h为圆锥陷深大小。

4结束语

综上所述，不同积雪质量存在不同的密度和硬度。在松雪密度或新雪密度小于0.3g/cm2的情况下，积雪会存在很小的抗压强度，在除雪机械设计过程中应当对刮雪板或犁式推雪板进行有效运用；但在压实积雪密度大于0.3g/cm2的情况下，积雪会存在较高的抗压强度，且具有较大的变化，在对除雪机械设计过程中，应当首先破碎硬雪，而后再将其有效清除。此外，针对积雪的抗压强度来讲，如果增加积雪密度，那么积雪抗压强度也会随之增加。在降低环境温度的情况下，抗压强度会随之提高。

参考文献

[1]李亚芹,庄腾飞,邱新伟等.城市道路冰雪清除技术现状及发展[J].中国科技信息,2015,(17):108-109.

[2]穆存远,孙立新,韩家东等.城市道路积雪物理机械性能测试研究*[J].机械设计与制造,2001,(3):73-74.

[3]高帅锋.低温积雪地区城市道路沥青路面设计方法及应注意的问题[J].房地产导刊,2017,(14):85.

[4]程国柱,莫宣艳,毛程远等.冰雪条件下城市道路交通安全评价方法研究[J].交通运输系统工程与信息,2011,11(1):130-134.

[5]杨彬,马洪斌.融雪剂对昌吉市城市道路绿地植物的影响探究[J].中国园艺文摘,2016,32(3):24-26.

[6]黄勇,高青,刘研等.道路积雪后非预热式主动过程融雪特性实验研究[J].热科学与技术,2010,09(4):288-294.