一种铁路填石路堤抗剪试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种铁路填石路堤抗剪试验装置及试验方法，包括推力装置、物理信息检测系统和固定钢箱；推力装置包括压力器、固定所述压力器的枕木板、钢板和可调平支架；压力器设置在固定钢箱内，PTFE板设置在固定钢箱的两肋板内侧，压力器一端设置钢板和枕木板，枕木板的两端与PTFE板连接，还包括预埋的光纤；工作时，通过对压力器逐级加压，从而将试验土体剪出，通过OTDR测试仪检测预埋光纤的信息参数，确定剪切面形状，绘制出试验土体剪切破坏面图形，计算得出抗剪强度指标。本发明专利技术的试验装置，操作简单，可用于施工场地检测；本发明专利技术的试验方法，能快速、准确获得试验土体剪切破坏面图形，快速筛选出稳定性更优越的填石材料。

A shear test device and test method for Railway Rock Embankment

The invention discloses a shear test device and test method for railway rockfill embankment, including a thrust device, a physical information detection system and a fixed steel box; the thrust device includes a pressure device, a pillow board, a steel plate and an adjustable bracket for fixing the pressure device; the pressure device is arranged in a fixed steel box, the PTFE plate is arranged in the inner side of two ribs of the fixed steel box, one end of the pressure device is provided with a steel plate and a steel plate The two ends of the sleeper board are connected with the PTFE board, including the embedded optical fiber; during the operation, the test soil is cut out by gradually pressurizing the pressure device, the information parameters of the embedded optical fiber are detected by the OTDR tester, the shape of the shear surface is determined, the shear failure surface graph of the test soil is drawn, and the shear strength index is calculated. The test device of the invention has simple operation and can be used for construction site detection; the test method of the invention can quickly and accurately obtain the shear failure surface graph of the test soil body and quickly screen out the rock filling material with better stability.

【技术实现步骤摘要】
一种铁路填石路堤抗剪试验装置及试验方法
本专利技术涉及铁路工程
，尤其涉及一种铁路填石路堤抗剪试验装置及试验方法。
技术介绍
路堤是指在天然地面上用土或石填筑的具有一定密实度的线路建筑物。其中填石路堤是利用粒径大于40mm且不大于500mm的石料填筑的路堤。近年来，随着我国经济日益发展，铁路建设迅速发展。用碎石材料填筑路堤的情况越来越多，尤其在我国的多山丘陵地区，因为铁路路基填料大多是从石质挖方和隧道弃方而来，所以填石路堤被广泛应用。又因为铁路上填石路堤中所含粗粒料较高，填料的压实特性、力学特性等稳定性参数基本由填料中的粗粒部分决定。目前国内对铁路填石路堤的研究还比较少，铁路填石路堤的稳定性是铁路工程安全中的重中之重，在施工过程中，影响填石路稳定性的因素很多，具体研究各工况和因素对填石路堤的影响十分必要，这对于保证铁路列车的运行安全具有重要作用。如果铁路建设过程中填石路堤填石材料选取不当，从而会导致铁路路堤稳定性较差，车辆行驶安全会存在极大的风险，严重的可导致列车脱轨、车辆侧翻及人员伤亡。因此，对于铁路填石路堤的稳定性而言，材料选取是否合适非常关键。推滑平衡分析法的基本原理是对土体施加推力，使土体达到极限强度后失去稳定而滑动。推力作用在土体上，土颗粒受到挤压，除沿着推力方向传递位移外，还要向四周挤压发生侧向应变，这种应变受到周围土体的约束，产生侧压力。而表面为临空面，土体不受约束，其余3个侧面(两侧和底面)则受土体的约束，故需考虑侧压力的作用。这样，作用于土体上的力，除本身的重力外，还有水平推力和由它产生的侧压力，这些力形成了滑动力和抗滑力。当滑动力等于抗滑力时，土体处于极限平衡状态。根据这一原理，可以求出土体的指标。现有的抗剪试验方法通常采用的是打孔灌柱法，试验土体打孔后，孔内灌入石灰，当试体剪断后，需人工开挖以确定破坏点的位置，开挖过程中可能会破坏灌柱，因此对破坏点位置的确认造成很大程度的干扰，从而造成测量不准确，测量精度不高，从而影响工程安全。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
为解决现有技术中缺乏铁路填石路堤的抗剪试验方法，以及现有的其他领域的抗剪试验方法，设备简陋，测量精度不高；人工开挖剪断的试验土体确认滑裂面的方法不准确的问题，本专利技术提供一种铁路填石路堤抗剪试验装置及试验方法。本专利技术的技术方案如下：一种铁路填石路堤抗剪试验方法，包括如下步骤：(1)在铁路填石路堤预定深度处，开挖一个三面垂直临空的长方体待试验土体；(2)在开挖的待试验土体临空的两个侧面各安放一个固定板，回填土料并夯实，形成试验土体；具体尺寸由试验土体填石粒径而定，高H约为5倍最大试验土体粒径，宽B约为1.8H，长度L与宽度B相同；固定板与所述试验土体的接触面涂上一层润滑油；(3)安装并固定U型钢箱；U型钢箱包括一侧板和两肋板，使两个所述固定板分别位于所述两肋板的内侧并紧贴所述肋板，U型钢箱的U型开口方向朝向路堤；所述U型钢箱内设置可调平支架，压力器固定在可调平支架上，两个固定板中间竖直设置前枕木，所述前枕木与所述压力器之间还设置前钢板；优选的，所述压力器为带压力表的油压千斤顶；(4)沿所述试验土体推进方向打多个垂直贯穿所述试验土体的孔，所述孔内安置光纤，所述U型钢箱肋板上固定设置OTDR测试仪；所述前钢板上设置位移传感器，所述肋板上设置压力传感器；(5)驱动所述压力器，对试验土体施加水平推力并逐级加压，测量并记录所述压力器的推进压力值；当油压千斤顶的压力表读数开始下降时，记录该压力值为铁路填石路堤被剪切破坏时的最大推进压力值为Qmax；松开油压千斤顶油阀，使压力表读数回落到一稳定值，记录此时最小推进压力值为Qmin；(6)驱动所述压力器推进使得试验土体剪出，通过OTDR测试仪检测光纤的信息参数确定破坏点位置；破坏点相连组成剪切面形状，绘制出试验土体剪切破坏面图形；(7)处理试验数据，计算抗剪强度指标；根据试验现场所测数据，按平面问题进行圆弧条块分析，由作用于滑弧上的重力G，单宽有效推力和由所产生的作用于底面上的侧压力建立平衡方程；gi＝γdHiLiBiQi＝Qmaxgi/GQ0＝Qmax/(H·B)K＝T0/Q0式中Qi为作用于单宽滑弧体、单宽条块i上的有效推力；γd为土体干容重；Hi、Li、Bi为条块i的高、长、宽；gi、G分别为滑体i和滑弧体(1～n条块)土重；B、H、R为滑弧体宽度、高度及滑弧半径；T0、Q0为作用于单位面积上的侧压力、作用于单位面积上的最大推力；K为土体侧压力系数；θi为滑弧条块i的滑弧圆心角；将所测得的有关数据及圆弧条块分析的参数代入式(1)求出进而得到铁路填石路堤的抗剪强度指标较佳地，所用固定板材料为PEFE(聚四氟乙烯)，具有不沾性，高润滑性，其摩擦因数在工程材料中可称为最小，加之润滑油作用其摩擦系数可忽略。较佳地，还包括倾角传感器，所述倾角传感器设置在所述固定钢箱的侧板上。用来测固定钢箱的垂直度，有效保证装置的垂直放置及水平横向推进加压，从而保证顶推行程的正常进行。较佳地，所述压力器与所述U型钢箱侧板之间还设置有后枕木、后钢板。给与压力器反向作用力，维持压力器的稳定推进。较佳地，调节所述可调平支架的高度使所述压力器的推力作用点位置，在水平向位于所述U型钢箱内居中，在垂直向距试验土体底部高度1/3H处。较佳地，在距所述前枕木1/4L处开始打第一个垂直贯穿土体的孔，并沿所述推进方向按间隔为0.2m继续打孔；所述孔为多个。考虑到在刚施加推力时，路堤前段先受挤压发生一定弹性变形，所以在靠近前枕木段不宜预埋光纤，又考虑到破坏曲线先是较平缓为避免测量误差不宜设置较多预埋光纤，因此光纤布置方法设为测试前沿推进方向距前枕木1/4L处开始打第一个垂直贯穿土体的孔，之后每隔0.2m打一个孔并安置光纤。较佳地，所述位移传感器为激光位移传感器，测量精度高，测量范围大；压力传感器为电磁压力传感器，测量精度高，测量过程稳定。较佳地，还包括信号读取设备，将所述位移传感器、压力传感器、倾角传感器的结果可视化。一种新型铁路填石路堤抗剪试验装置，包括推力装置、物理信息检测系统、固定装置；所述推力装置包括压力器、固定所述压力器的枕木板、钢板和可调平支架；所述固定装置包括固定钢箱，固定板；所述固定钢箱为U型钢箱，包括一侧板和两肋板，所述固定钢箱从内向外依次设置压力器、钢板、枕木板，所述压力器下方固定设置可调平支架；所述PTFE板分别设置在所述固定钢箱的两肋板内侧，所述枕木板垂直设置于两个所述PTFE板之间，所述枕木板、两个所述PTFE板围合形成的空间用于填充待试验土体，所述压力器推动所述钢板、枕木板在两个所述PTFE板间运动，将所述待试验土体剪出；所述物理信息检测系统包括位移传感器、压力传感器，所述位移传感器设置在钢板上，所述压力传感器设置在所述肋板上；还包括预埋于所述待试验土体内的光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路填石路堤抗剪试验方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)在铁路填石路堤预定深度处，开挖一个三面垂直临空的长方体待试验土体；/n(2)在开挖的待试验土体临空的两个侧面各安放一个固定板，回填土料并夯实，形成试验土体，试验土体高H，宽B，长度L；/n(3)安装并固定U型钢箱；所述U型钢箱包括一侧板和两肋板，使两个所述固定板分别位于所述两肋板的内侧并紧贴所述肋板，所述U型钢箱垂直于路堤安置，且U型开口方向朝向路堤；所述U型钢箱内设置可调平支架，压力器固定在所述可调平支架上，两个所述固定板中间设置前枕木，所述前枕木与所述压力器之间还设置前钢板；/n(3)沿所述试验土体推进方向打多个垂直贯穿所述试验土体的孔，所述孔内安置光纤，所述U型钢箱肋板上固定设置OTDR测试仪；所述前钢板上设置位移传感器，所述肋板上设置压力传感器；/n(4)驱动所述压力器，对所述试验土体施加水平推力并逐级加压，测量并记录所述压力器的推进压力值；/n(5)驱动所述压力器推进使得所述试验土体剪出，通过所述OTDR测试仪检测光纤的信息参数，确定破坏点位置；/n(6)处理试验数据，计算抗剪强度指标。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁路填石路堤抗剪试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在铁路填石路堤预定深度处，开挖一个三面垂直临空的长方体待试验土体；
(2)在开挖的待试验土体临空的两个侧面各安放一个固定板，回填土料并夯实，形成试验土体，试验土体高H，宽B，长度L；
(3)安装并固定U型钢箱；所述U型钢箱包括一侧板和两肋板，使两个所述固定板分别位于所述两肋板的内侧并紧贴所述肋板，所述U型钢箱垂直于路堤安置，且U型开口方向朝向路堤；所述U型钢箱内设置可调平支架，压力器固定在所述可调平支架上，两个所述固定板中间设置前枕木，所述前枕木与所述压力器之间还设置前钢板；
(3)沿所述试验土体推进方向打多个垂直贯穿所述试验土体的孔，所述孔内安置光纤，所述U型钢箱肋板上固定设置OTDR测试仪；所述前钢板上设置位移传感器，所述肋板上设置压力传感器；
(4)驱动所述压力器，对所述试验土体施加水平推力并逐级加压，测量并记录所述压力器的推进压力值；
(5)驱动所述压力器推进使得所述试验土体剪出，通过所述OTDR测试仪检测光纤的信息参数，确定破坏点位置；
(6)处理试验数据，计算抗剪强度指标。


2.根据权利要求1所述的铁路填石路堤抗剪试验方法，其特征在于，还包括倾角传感器，所述倾角传感器设置在所述固定钢箱的侧板上。


3.根据权利要求1所述的铁路填石路堤抗剪试验方法，其特征在于，所述压力器与所述U型钢箱侧板之间还设置有后枕木、后钢板。


4.根据权利要求1所述的铁路填石路堤抗剪试验方法，其特征在于，调节所述可调平支架的高度使所述压力器的推力作用点位置，在水平向位于所述U型钢箱内居中，在垂直向距试验土体底部高度1/3H处。

【专利技术属性】
技术研发人员：董文澎，杨光，房晓丰，秦茂轩，潘志群，万衡，刘振勇，谭冬莲，苏鹏，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31