高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置制造方法及图纸

一种高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置，该装置包括模型试验箱(1)、刚性构筑物过渡段路基模型(2)、加载系统(3)和量测系统(4)；其中，刚性构筑物过渡段路基模型(2)设置在模型试验箱(1)内，加载系统(3)设置在刚性构筑物过渡段路基模型(2)的顶部，量测系统(4)设置在加载系统(3)上部且向下伸入刚性构筑物过渡段路基模型(2)中。本实用新型专利技术装置可以实现多种过渡段设置方案下高速铁路无砟轨道过渡段路基的动力响应及动力附加差异沉降测试，能够有效地研究过渡段长期动力稳定性问题。

【技术实现步骤摘要】
高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置
本技术涉及路基动力附加沉降模型试验系统，具体涉及一种高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置，属于铁路无砟轨道

技术介绍
近年来，我国高速铁路的建设量迅猛增长，中国铁路已经全面进入高速时代。列车的高速运行对路基的平顺性和稳定性提出了更高的要求。土质路基与刚性结构物(桥台、涵洞、隧道等)的刚度、阻尼存在较大差异，列车高速通过时将引起较强的振动，以致产生较大的轮轨作用力，长期列车动载作用将导致差异沉降的产生，降低线路的几何平顺性，这是路基设计的薄弱环节。目前对于交界处(土质路基与刚性构筑物之间)的工后差异沉降控制限制仅为5mm，合理的设置过渡段，实现轨道基础综合刚度的平顺过渡，有效控制差异沉降是保证线路几何平顺性的关键所在。现有技术对铁路路基方面的试验研究主要分为两大类：一是现场测试试验。现场测试试验是在拟建线路选取试验段，根据试验要求在试验段路基施工过程中设置测点，埋设传感器，轨道铺装完成后，在试验列车运行通过试验段时，由量测系统搜集各传感器的量测数据，对实验数据进行加工处理分析。现场测试试验数据具有很高的真实性和参考价值，但其试验本身也存在明显的缺点：(1)由于现场测试试验是在已建成线路上实施的试验研究，试验仪器随路基施工埋设，施工过程中试验仪器容易受损，又无法更换，试验成功率难以保证，且试验失败的代价高；(2)现场测试对应实际工程背景，过渡段的设置形式特定，无法重复制作，无法对不同形式、不同填料过渡段进行研究，比如：一次过渡、二次过渡、正梯形过渡、倒梯形过渡等；(3)地质条件以及试验环境不可控，易受环境因素影响，比如温度、湿度等，无法对差异沉降的产生机理进行有针对性地研究。二是室内模型试验。在铁路路基方面，现有的室内模型试验又分为足尺模型试验和缩尺模型试验。足尺模型试验是根据规范要求在实验室内施工填筑1:1的模型进行试验，缩尺模型试验一般是指试验模型按照一定比例缩小而进行的试验。室内模型试验受到试验场地、实验设备及加载控制技术等多方面的限制，不易实现真车的高速移动加载。有关铁路路基的模型试验很多，但调研目前所有的室内模型试验发现，有关高铁路基的模型试验均未见针对高速铁路过渡段整体路基的动力学及长期稳定性研究，故此，也没有针对该研究目标研发的试验装置及试验方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置。该装置可以实现多种过渡段设置方案下高速铁路无砟轨道过渡段路基的动力响应及动力附加差异沉降测试，能够有效地研究过渡段长期动力稳定性问题。根据本技术的第一种实施方案，提供一种高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置：一种高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置，该装置包括模型试验箱、刚性构筑物过渡段路基模型、加载系统和量测系统。其中，刚性构筑物过渡段路基模型设置在模型试验箱内。加载系统设置在刚性构筑物过渡段路基模型的顶部。量测系统设置在加载系统上部且向下伸入刚性构筑物过渡段路基模型中。在本技术中，所述模型试验箱包括设置在模型试验箱前侧面与后侧面的横向侧板，设置在模型试验箱左侧面与右侧面的纵向侧板，和设置在模型试验箱底部的底板。其中横向侧板、纵向侧板和底板均由多个模板单元拼接而成。优选的是，所述模板单元包括主体框、次肋和面板，次肋设置在主体框内部，并与主体框的长边平行或垂直设置，将主体框分隔成多个单元格，面板安装在主体框上位于模型试验箱内部的一侧。在本技术中，所述刚性构筑物过渡段路基模型在模型试验箱底板上由下至上依次设有地基、垫层、路堤基床底层、路堤基床表层。其中路堤基床底层在靠近模型试验箱前侧面(或后侧面)的一端还设有刚性构筑物(例如涵洞)。刚性构筑物(例如涵洞)紧邻横向侧板且其轴线与横向侧板平行。优选的是，路堤基床底层和路堤基床表层构成底面大上面小的梯形体。在本技术中，所述加载系统包括荷载板、2根底层传力梁、多根中层传力梁、多根顶层传力梁和多个激振器。其中底层、中层及顶层的三层传力梁均采用“Ⅱ”型截面的钢梁。荷载板放置在刚性构筑物过渡段路基模型的顶部。2根底层传力梁固定在荷载板上。多根中层传力梁两两成组地固定在底层传力梁上。多根顶层传力梁分别固定在成组的中层传力梁上。多个激振器分别设置在各顶层传力梁上。优选的是，荷载板的纵向中轴线与刚性构筑物过渡段路基模型的纵向中轴线平行。底层传力梁与荷载板的纵向中轴线平行设置。中层传力梁与底层传力梁垂直设置。顶层传力梁与中层传力梁垂直设置。在本技术中，所述量测系统包括多个动态土压力盒、多个加速度传感器、量测支架和多套沉降测试组件。其中多个动态土压力盒与多个加速度传感器成组地布置在刚性构筑物过渡段路基模型的纵向中轴线上，沿深度方向分别布置在路堤基床表层的底面、路堤基床底层的中间厚度处、地基的中上层厚度处。量测支架包括2根纵梁、4根竖杆和多根横向联系杆。2根纵梁设置在加载系统的荷载板上方且位于底层传力梁的两侧。纵梁上部开设有条形槽。4根竖杆竖直固定于地面且分别与纵梁的各端部垂直连接。多根横向联系杆设置在2根纵梁之间且与纵梁垂直连接。每套沉降测试组件包括测量装置、4个沉降板和动态位移传感器。测量装置包括量表架和数显百分表。量表架由带孔圆盘和多个(沿着带孔圆盘圆周方向均匀分布的)可转动的触手构成。带孔圆盘安装在纵梁的条形槽上。数显百分表和动态位移传感器分别固定在触手上。沉降板包括钢底板、金属测杆和保护套管。金属测杆的底部与钢底板连接，金属测杆的顶部从加载系统的荷载板上伸出并与数显百分表连接。保护套管套在金属测杆的外部。优选的是，每套沉降测试组件的4个沉降板的钢底板沿深度方向分别布置在路堤基床表层与路堤基床底层的交界处、路堤基床底层的中间厚度处、垫层的顶面及地基的中上层厚度处。优选，多套沉降测试组件的多个钢底板沿刚性构筑物过渡段路基模型的纵向中轴线呈“V”型交错布置在各深度方向所在的横断面。在本技术中，纵向侧板和底板的各模板单元的面板均为金属板，横向侧板中间位置处的模板单元的面板为有机玻璃板，横向侧板其他位置处的模板单元的面板为金属板。优选的是，模型试验箱的纵向侧板的高度低于横向侧板的高度，纵向侧板的顶面与刚性构筑物过渡段路基模型的路堤基床底层的底面在同一水平高度。优选的是，所述模型试验箱的横向侧板或纵向侧板的每两个模板单元之间还设有侧向支撑，侧向支撑与模板单元垂直设置。优选，所述侧向支撑为由角撑和斜撑构成的三角形结构。优选的是，所述底板的模板单元在主体框的四角处及长边的中部位置设有凹型缺口。优选的是，所述模型试验箱还包括设置在模型试验箱顶部的第一连杆和第二连杆。第一连杆设置在前侧面横向侧板与后侧面横向侧板的顶部两端。第二连杆设置在第一连杆之间且与第一连杆平行设置。优选的是，所述中层传力梁的数量为2-12根，优选为4-8根，且中层传力梁的数量为偶数。优选的是，顶层传力梁的数量是中层传力梁的数量的一半。优选，激振器的数量与顶层传力梁的数量相同。优选的是，所述模型试验箱还包括设置在模型试验箱四角的角钢，角钢用于连接相邻的横向侧板和纵向侧板。在本技术中，该装置还包括数据采集系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置，该装置包括模型试验箱(1)、刚性构筑物过渡段路基模型(2)、加载系统(3)和量测系统(4)；其中，刚性构筑物过渡段路基模型(2)设置在模型试验箱(1)内，加载系统(3)设置在刚性构筑物过渡段路基模型(2)的顶部，量测系统(4)设置在加载系统(3)上部且向下伸入刚性构筑物过渡段路基模型(2)中。

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路无砟轨道过渡段路基动力附加沉降模型试验装置，该装置包括模型试验箱(1)、刚性构筑物过渡段路基模型(2)、加载系统(3)和量测系统(4)；其中，刚性构筑物过渡段路基模型(2)设置在模型试验箱(1)内，加载系统(3)设置在刚性构筑物过渡段路基模型(2)的顶部，量测系统(4)设置在加载系统(3)上部且向下伸入刚性构筑物过渡段路基模型(2)中。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述模型试验箱(1)包括设置在模型试验箱(1)前侧面与后侧面的横向侧板(101)，设置在模型试验箱(1)左侧面与右侧面的纵向侧板(102)，和设置在模型试验箱(1)底部的底板(103)；其中横向侧板(101)、纵向侧板(102)和底板(103)均由多个模板单元(104)拼接而成。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述模板单元(104)包括主体框(10401)、次肋(10402)和面板(10403)，次肋(10402)设置在主体框(10401)内部，并与主体框的长边平行或垂直设置，将主体框(10401)分隔成多个单元格，面板(10403)安装在主体框(10401)上位于模型试验箱(1)内部的一侧。4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于：所述刚性构筑物过渡段路基模型(2)在模型试验箱(1)底板(103)上由下至上依次设有地基(201)、垫层(202)、路堤基床底层(203)、路堤基床表层(204)，其中路堤基床底层(203)在靠近模型试验箱(1)前侧面或后侧面的一端还设有刚性构筑物(205)，刚性构筑物(205)紧邻横向侧板(101)且其轴线与横向侧板(101)平行。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：路堤基床底层(203)和路堤基床表层(204)构成底面大上面小的梯形体。6.根据权利要求1-3或5中任一项所述的装置，其特征在于：所述加载系统(3)包括荷载板(301)、2根底层传力梁(302)、多根中层传力梁(303)、多根顶层传力梁(304)和多个激振器(305)，其中底层、中层及顶层的三层传力梁均采用“Ⅱ”型截面的钢梁，荷载板(301)放置在刚性构筑物过渡段路基模型(2)的顶部，2根底层传力梁(302)固定在荷载板(301)上，多根中层传力梁(303)两两成组地固定在底层传力梁(302)上，多根顶层传力梁(304)分别固定在成组的中层传力梁(303)上，多个激振器(305)分别设置在各顶层传力梁(304)上。7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述加载系统(3)包括荷载板(301)、2根底层传力梁(302)、多根中层传力梁(303)、多根顶层传力梁(304)和多个激振器(305)，其中底层、中层及顶层的三层传力梁均采用“Ⅱ”型截面的钢梁，荷载板(301)放置在刚性构筑物过渡段路基模型(2)的顶部，2根底层传力梁(302)固定在荷载板(301)上，多根中层传力梁(303)两两成组地固定在底层传力梁(302)上，多根顶层传力梁(304)分别固定在成组的中层传力梁(303)上，多个激振器(305)分别设置在各顶层传力梁(304)上。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：荷载板(301)的纵向中轴线与刚性构筑物过渡段路基模型(2)的纵向中轴线平行，底层传力梁(302)与荷载板(301)的纵向中轴线平行设置，中层传力梁(303)与底层传力梁(302)垂直设置，顶层传力梁(304)与中层传力梁(303)垂直设置。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：荷载板(301)的纵向中轴线与刚性构筑物过渡段路基模型(2)的纵向中轴线平行，底层传力梁(302)与荷载板(301)的纵向中轴线平行设置，中层传力梁(303)与底层传力梁(302)垂直设置，顶层传力梁(304)与中层传力梁(303)垂直设置。10.根据权利要求7或9所述的装置，其特征在于：所述量测系统(4)包括多个动态土压力盒(401)、多个加速度传感器(402)、量测支架(403)和多套沉降测试组件(404)；其中多个动态土压力盒(401)与多个加速度传感器(402)成组地布置在刚性构筑物过渡段路基模型(2)的纵向中轴线上，沿深度方向分别布置在路堤基床表层(204)的底面、路堤基床底层(203)的中间厚度处、地基(201)的中上层厚度处；量测支架(403)包括2根纵梁(40301)、4根竖杆(40302)和多根横向联系杆(40303)，2根纵梁(40301)设置在加载系统(3)的荷载板(301)上方且位于底层传力梁(302)的两侧，纵梁(40301)上部开设有条形槽(4030101)，4根竖杆(40302)竖直固定于地面且分别与纵梁(40301)的各端部垂直连接，多根横向联系杆(40303)设置在2根纵梁(40301)之间且与纵梁(40301)垂直连接；每套沉降测试组件(404)包括测量装置(40401)、4个沉降板(40402)和动态位移传感器(40403)；测量装置(40401)包括量表架(4040101)和数显百分表(4040102)，量表架(4040101)由带孔圆盘和多个沿着带孔圆盘圆周方向均匀分布的可转动的触手构成，带孔圆盘安装在纵梁(40301)的条形槽(4030101)上，数显百分表(4040102)和动态位移传感器(40403)分别固定在触手上；沉降板(40402)包括钢底板(4040201)、金属测杆(4040202)和保护套管(4040203)，金属测杆(4040202)的底部与钢底板(4040201)连接，金属测杆(4040202)的顶部从加载系统(3)的荷载板(301)上伸出并与数显百分表(4040102)连接，保护套管(4040203)套在金属测杆(4040202)的外部。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：每套沉降测试组件(404)的4个沉降板(40402)的钢底板...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈畅姿，刘龙飞，魏丽敏，何群，苗轲，郭志广，豆红磊，郭坤，康凯，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43