动力特性试验装置和动力特性试验方法制造方法及图纸

本申请提供一种动力特性试验装置和动力特性试验方法，用于测试块碎石路基模型的动力特性，块碎石路基模型具有边坡，包括用于容纳待测试的块碎石路基模型的试验箱；用于施加正弦荷载于块碎石路基模型顶部的加载装置；用于监测块碎石路基模型在正弦荷载作用下的位移变化的位移监测装置；以及用于采集边坡在正弦荷载作用下的运动图像的图像采集装置。成本低，块碎石路基模型动力特性测试结果与实际更加相符，结果更加准确可靠。结果更加准确可靠。结果更加准确可靠。

【技术实现步骤摘要】
动力特性试验装置和动力特性试验方法


[0001]本专利技术涉及道路建设领域，具体而言，涉及一种动力特性试验装置和动力特性试验方法。

技术介绍

[0002]寒冷地区通常被定义为一年中最冷月份的地面温度低于0℃的地区，根据这一标准，全球寒区面积约占陆地面积的50％。我国寒区总面积约占全国总面积的43％，其中冻土面积约为寒区面积的53％。冻土是指含有冰且温度在0℃以下的各种岩石/土，根据(岩)土体处于冻结状态的持续时间不同，可分为岛状冻土、季节冻土和多年冻土。其性质不仅受矿物颗粒、组构、密度和含水量的影响，还会随温度和时间动态变化。因此，冻土是一种对温度极其敏感且性质不稳定的土体，这就使得在多年冻土地区修建铁路、公路等道路工程时，需特别注意其温度与时间敏感性等特点。在寒区修筑线路稳定性要求极高的高速铁路，其成败的关键在路基，冻土区的道路工程由于冻土的冻胀融沉极易引起路基不均匀沉降变形，故路基修建时应把握冻土融沉这一关键性因素。
[0003]近些年来，随着全球变暖，多年冻土退化非常显著。寒区路段的铁路路基及其下部地基内由于多年冻土的退化形成了大片的、力学稳定性极差的高温冻土，从而使铁路路基内部产生较大的变形。为了解决这些问题，近些年产生了多种新型的采用“主动冷却”方法的路基形式，如管道通风路基、遮阳棚路基及块碎石路基。其中块碎石路基结构就是最典型的一种主动冷却路基工程措施。其主要利用块碎石层内的冷热空气对流效应来降低下伏土体的温度。暖季时，环境气温高于路基本体温度，块碎石层上部温度高于下部温度，热量主要通过块碎石接触热传导进入路基，块碎石层的等效导热系数较小，可起到一定的隔热效果；冷季时，环境气温低于路基本体温度，块碎石层上部温度低于下部温度，块碎石层孔隙内的空气发生对流换热，同时块碎石之间以及块碎石和空气之间还存在接触热传导，热量能很好地从路基基底散发出来。但块碎石层是由石块通过点
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点、点
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面及面
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面接触组成的堆积体，几乎没有胶结强度，易发生滑移错位；特别在长期列车动荷载作用下，块碎石层颗粒位置和粒径级配发生变化，形成密实效应，出现大变形，发生摩擦碰撞，引起颗粒滑移、转动变形、孔隙压缩等一系列劣化过程，进而影响块碎石层的传热过程，削弱块碎石层的冷却效果，诱发下部多年冻土融沉，因此，在块碎石路基的热
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力性能研究中必须予以考虑。不论块碎石路基出现何种病害，最终将导致铁路轨面产生沉降变形而影响行车安全。故开展长期列车动荷载作用下块碎石路基的热
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力性能演变过程及防控措施研究极为重要，不仅能为减小冻土路基的融化，保护多年冻土的稳定提供参考，也可为工程中块碎石路基的运营维护提供理论依据和技术支持。
[0004]目前，对路基动力响应的研究试验中，大多采用现场长期定点观测方法和室内土柱模型试验方法两种方法来模拟土体荷载响应变化过程。前者虽然观测结果真实，能很好的反应路基在实际情况下的动力荷载响应情况，但其观测周期过长，试验过程不好控制，且所需人力物力较大；而后者由于试件尺寸差异，使得土性参数发生改变并且不能很好的模
拟现场路基的形态与受到荷载作用下的变形情况，得到的试验数据与实际情况存在较大的差异，因而不能很好地模拟路基真正的工作环境。
[0005]经专利技术人研究发现，现有的用于研究冻土地区路基力学性能的试验设备存在如下缺点：
[0006]试验结果可靠性差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种动力特性试验装置和动力特性试验方法，其能够提高试验结果的可靠性。
[0008]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种动力特性试验装置，用于测试块碎石路基模型的动力特性，块碎石路基模型具有边坡边坡，包括：
[0010]用于容纳待测试的块碎石路基模型的试验箱；
[0011]用于施加正弦荷载于块碎石路基模型顶部的加载装置；
[0012]用于监测块碎石路基模型在正弦荷载作用下的位移变化的位移监测装置；
[0013]以及用于采集边坡在正弦荷载作用下的运动图像的图像采集装置。
[0014]在可选的实施方式中，加载装置包括自平衡门式反力架、作动器以及压头，自平衡门式反力架用于固定于地面，作动器与自平衡门式反力架连接，压头与作动器的动力输出部连接，作动器用于带动压头运动，以使压头施加正弦荷载于块碎石路基模型顶部。
[0015]在可选的实施方式中，加载装置还包括轨道板以及传力筋，轨道板用于铺设于块碎石路基模型顶部，传力筋与轨道板连接，压头用于施力于传力筋，以通过传力筋以及轨道板施加正弦荷载于块碎石路基模型顶部。
[0016]在可选的实施方式中，位移监测装置包括第一固定架以及位移计，第一固定架用于设于地面上，位移计与第一固定架连接，位移计的采集端用于与块碎石路基模型表面接触，以监测块碎石路基模型在正弦荷载作用下的位移变化。
[0017]在可选的实施方式中，试验箱设有定位孔，位移计的采集端用于穿过定位孔并与块碎石路基模型表面接触，且位移计与定位孔的孔壁具有间距。
[0018]在可选的实施方式中，图像采集装置包括第二固定架以及均与第二固定架连接的多个高速摄像机，多个高速摄像机均用于采集边坡上同一高度位置的运动图像。
[0019]在可选的实施方式中，试验箱包括底板、具有缺口的围板和透光板，围板以及透光板均与底板连接，透光板设于缺口处且与围板连接；底板和围板均用于与块碎石路基模型连接，透光板位于边坡所在一侧且与边坡具有间距，图像采集装置用于透过透光板采集边坡的运动图像。
[0020]在可选的实施方式中，试验箱还包括用于设于边坡上的透光防水件，透光防水件同时与底板和围板密封连接，且底板与围板密封连接，以使底板、围板和透光件共同形成顶部开口的储水结构；储水结构的底部设有出水孔；块碎石路基模型用于设于储水结构中。
[0021]在可选的实施方式中，透光防水件设置为透光防水布，透光防水布用于铺设于块碎石路基模型的边坡上。
[0022]第二方面，本专利技术提供一种动力特性试验方法，包括如下步骤：
[0023]在试验箱中设置待测试的块碎石路基模型，且使块碎石路基模型的边坡临空；
[0024]施加正弦载荷于块碎石路基模型顶部，利用位移监测装置监测块碎石路基模型朝边坡一侧的位移变化和块碎石路基模型顶部的高度位移变化，以及利用图像采集装置采集边坡的运动图像。
[0025]本专利技术实施例的有益效果是：
[0026]综上所述，本实施例提供的动力特性试验装置，克服了野外修筑典型试验路段，采用现场长期定点观测方法观测周期过长，试验过程不好控制，经济性较差的缺点；克服了室内土柱模型试验观测方法由于试件尺寸差异，使得土性参数发生改变并且不能很好的模拟现场路基的形态与受到荷载作用下的变形情况的缺点。本申请既能很好的模拟路基在实际情况下的动力荷载响应情况，得到的观测结果真实可靠，又因室内试验的便利性而大大的缩短本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力特性试验装置，用于测试块碎石路基模型的动力特性，所述块碎石路基模型具有边坡，其特征在于，包括：用于容纳待测试的所述块碎石路基模型的试验箱；用于施加正弦荷载于所述块碎石路基模型顶部的加载装置；用于监测所述块碎石路基模型在所述正弦荷载作用下的位移变化的位移监测装置；以及用于采集所述边坡在所述正弦荷载作用下的运动图像的图像采集装置。2.根据权利要求1所述的动力特性试验装置，其特征在于：所述加载装置包括自平衡门式反力架、作动器以及压头，所述自平衡门式反力架用于固定于地面，所述作动器与所述自平衡门式反力架连接，所述压头与所述作动器的动力输出部连接，所述作动器用于带动所述压头运动，以使所述压头施加所述正弦荷载于所述块碎石路基模型顶部。3.根据权利要求2所述的动力特性试验装置，其特征在于：所述加载装置还包括轨道板以及传力筋，所述轨道板用于铺设于所述块碎石路基模型顶部，所述传力筋与所述轨道板连接，所述压头用于施力于所述传力筋，以通过所述传力筋以及所述轨道板施加所述正弦荷载于所述块碎石路基模型顶部。4.根据权利要求1所述的动力特性试验装置，其特征在于：所述位移监测装置包括第一固定架以及位移计，所述第一固定架用于固定于地面上，所述位移计与所述第一固定架连接，所述位移计的采集端用于与所述块碎石路基模型表面接触，以监测所述块碎石路基模型在所述正弦荷载作用下的位移变化。5.根据权利要求4所述的动力特性试验装置，其特征在于：所述试验箱设有定位孔，所述位移计的采集端用于穿过所述定位孔并与所述块碎石路基模型表面接触，且所述位移计与所述定位孔的孔壁具有间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李双洋，姜琪，杨佳乐，赵永春，赵建沅，
申请(专利权)人：中国科学院西北生态环境资源研究院，
类型：发明
国别省市：