通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置及试验方法制造方法及图纸

一种通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置，其构成主要是：试验箱体安装于反力架的横梁下方，其前、后为有机玻璃板；箱体内填筑埋有示踪粒子的模型土，且模型土内设有PVC竖管和PVC纵管；模型土的顶面设有铁路路基；铁路路基内部设置有多层加筋条，其上部铺设有混凝土垫板，横梁上的千斤顶位于混凝土板的正上方；混凝土垫板上还有激振器、位移计，加筋条的模型土工格栅上布置三个应变计，铁路路基竖向设置3个土压力盒，PVC竖管设置三个侧向土压力盒和两个应变计；试验箱体外侧设有粒子图像测速仪。本发明专利技术能得出列车载荷下，路基与坎儿井地基的力学特性，从而为通过坎儿井地区高速铁路路基和地基的加固设计和修建，提供试验依据。

【技术实现步骤摘要】
通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置及试验方法
本专利技术涉及岩土工程领域，尤其涉及一种通过坎儿井高速铁路路基模型试验装置及测试方法。
技术介绍
坎儿井是荒漠地区使用的一种巧妙的灌溉输水结构。其主要构成是竖井、地下暗渠、地面明渠。其构造原理是：在高山雪原潜流处，寻找水源，然后从高处的水源处到低处的地面明渠间，自上而下按照一定间距打深度逐渐变浅的竖井，然后通过竖井底部在地下挖暗渠，由暗渠连通水源、各竖井及地面明渠，从而将高处的地下水引流至低处的地面明渠，由地面明渠进行灌溉和水源的输送。坎儿井在国内主要分布在新疆，在陕西、山西和甘肃等荒漠地区也有分布。随着高速铁路的快速发展，必然会在荒漠地区的坎儿井上修建高速铁路路基。由于坎儿井是当地重要的用水渠道，所以在坎儿井上建设高速铁路，一定得保证坎儿井不被破坏或者说不影响坎儿井的正常工作。同时，坎儿井地区的地下暗渠和竖井导致了其地质结构的力学性能明显变差。为了高速铁路的安全，也必须对路基结构进行加固，如在路基中沿轨道方向增加加筋带、使用更高性能的路基材料；如单纯的路基加固不能满足要求，还必须对地基进行加固，如对竖井浇筑钢筋混凝土。但是，这些加固措施的效果如何，仅靠理论计算和分析，其误差大，不能可靠的保证高速铁路路基的安全以及坎儿井的正常使用。亟待研发出通过坎儿井地区高速铁路路基室内模型试验装置及方法，为通过坎儿井地区高速铁路路基的加固设计和修建提供试验依据。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置，该装置能够通过模型试验方法得出列车载荷作用下，路基与坎儿井地基的力学性能，得出路基修建材料、加筋带及层数等路基结构与路基及坎儿井地基力学性能的关系；也能得出地基结构及加固方法与路基及坎儿井地基力学性能的关系。从而为通过坎儿井地区高速铁路路基和地基的加固设计和修建，提供试验依据，以保证通过坎儿井地区的高速铁路的安全运行及坎儿井的正常使用。本专利技术实现其第一专利技术目的所采用的的技术方案是，一种通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置，由试验箱体、加载装置和测试模块构成，其特征在于：所述的试验箱体的组成为：试验箱体为矩形箱体，由底板、底板上固定的侧钢板和插于侧钢板安装槽中的有机玻璃板构成；所述的有机玻璃的顶部还盖有一根钢条，钢条的两端焊接在侧钢板上；所述的试验箱体的底板连接于反力架的底座上，反力架的左、右两个支架之间固定连接有横梁；所述的试验箱体内填筑有模拟坎儿井地区地基的模型土，并在模型土中埋入示踪粒子，且模型土的中部设有一根模拟竖井的PVC竖管，PVC竖管的顶部与模型土的顶面齐平；PVC竖管的下端连接模拟暗渠的PVC纵管；所述的模型土的顶面填筑模型路基土，形成端面为梯形的铁路路基，在铁路路基内部从下至上还间隔设置有多层加筋条，所述的加筋条由轨道正下方成条状的模型土工格室和模型土工格室上面、下面连接的模型土工格栅构成；所述的模型土工格栅贯通铁路路基；所述的加载装置的组成为:所述的铁路路基上部铺设一层混凝土垫板，混凝土垫板的中部与压力环的下端相连，压力环的上方与千斤顶的下端相连，千斤顶的上端固定在反力架的横梁上；压力环两侧的混凝土垫板上还对称设有激振器；所述的测试模块的组成为:所述的混凝土垫板上设置有位移计，所述的每个模型土工格室上面的模型土工格栅上布置有三个应变计，三个应变计分别位于模型土工格室的上方和两侧；所述的铁路路基的中部竖向均匀间隔设置3个土压力盒，所述的PVC竖管从下至上均匀设置三个侧向土压力盒和两个应变计；所述的试验箱体外侧设有粒子图像测速仪，所述的位移计、应变计以及土压力盒均与粒子图像测速仪的中央处理器电连接。本专利技术的第二专利技术目的是提供一种使用上述的通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置，对通过坎儿井的高速铁路路基进行模型试验的方法。该方法能够快速、方便的试验测出在列车载荷作用下，路基与坎儿井地基的力学性能。本专利技术实现其第二专利技术目的所采用的技术方案是，一种使用上述的通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置，对通过坎儿井的高速铁路路基进行模型试验的方法，其步骤为：A、开启千斤顶或激振器，以模拟高速列车停止或通过时，对铁路路基及地基施加的静载荷或动载荷；B、在加载的过程中，逐渐增大载荷，由位移计测出路基的位移，由应变计测出加筋条和PVC竖管的应变；同时，由土压力盒测出路基受到的压力及PVC竖管受到的压力；并由粒子图像测速仪对模型图中的示踪粒子进行粒子图像测速，连续测出并记录地基中各个示踪粒子的位置；C、当地基中各个示踪粒子的动态位置不再变化时，试验结束。由待测坎儿井地区的地基、竖井及暗渠的地质勘探结果，或者根据加固方案得到的地基、竖井及暗渠的加固后的力学性能，再结合相似理论计算结果，更换试验箱体中相应的模拟地基的模型土、PVC竖管和PVC横管。再由待测铁路路基的拟用路基土、加筋带及其层数，结合相似理论计算结果，更换模型土上面相应的模型路基土和加筋条及其层数；即可得出不同坎儿井地区地基力学性能和不同材料与结构的路基的力学性能，进而得出路基修建材料、结构及加筋带与路基及坎儿井地基力学性能的关系。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、本专利技术通过千斤顶施加静载荷，以模拟高速列车停止时对铁路路基及地基施加的静载荷；通过激振器施加动载荷，以模拟高速列车通过时，对铁路路基及地基施加的动载荷。二、在试验箱体透明的有机玻璃板外侧，通过粒子示踪测速仪测试出试验过程中，模型土中多个示踪粒子的实时位置变化及速度数据，得到丰富的地基流场空间结构以及流动特性；能够得到在列车荷载作用下，坎儿井地基力学特性在空间、时间维度上的演变发展规律；进而更好的为地基及路基的加固措施提供直观的试验依据。三、位移计可以方便的测出路基的垂向位移；土压力盒可以测出路基中部不同深度及地基中模拟竖井的PVC竖管不同部位的受力强度；应变计能够完整的测出直接承受轨道动荷载部分的各个模型土工格室和不同部位模型土工格栅的变形情况，进而完整得出路基及地基(或加固后地基)在列车载荷作用下的力学特性。当PVC竖管上的应变计的应变数据产生跃变时，可判定PVC竖管产生裂纹，受到破坏；进而得到路基及地基的临界力学数据。四、如试验结果表明，难以通过更改路基的设计方案保证地基的稳定性，则应通过对坎儿井地基进行加固(如对竖井浇筑钢筋混凝土，对地基土灌水泥浆)；再相应更换试验箱体中的模拟地基的模型土、PVC竖管和PVC横管；然后进行试验，以验证加固方案的有效性，为坎儿井地区的地基加固设计提供良好的数据支撑。五、用PVC管模拟坎儿井简单方便，同时PVC管抗拉强度高，但高压下会产生破坏，符合坎儿井特性。总之，本专利技术解决了坎儿井地区高速铁路路基室内模拟装置以及加载方法的技术空缺，能够在室内有效模拟坎儿井地区的地基及路基的工作情况，且能够通过测试仪器得到相应精确的力学性能数据。能够通过模型试验方法得出路基与坎儿井地基的力学性能；进而得出路基修建材料、加筋带及层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置，由试验箱体、加载装置和测试模块构成，其特征在于：/n所述的试验箱体的组成为：/n试验箱体为矩形箱体，由底板(1a)、底板上固定的侧钢板(1b)和插于侧钢板(1b)安装槽中的有机玻璃板(1c)构成；所述的有机玻璃(1c)的顶部还盖有一根钢条(1e)，钢条(1e)的两端焊接在侧钢板(1b)上；/n所述的试验箱体的底板(1a)连接于反力架的底座(2a)上，反力架的左、右两个支架(2b)之间固定连接有横梁(2c)；/n所述的试验箱体内填筑有模拟坎儿井地区地基的模型土(3)，并在模型土(3)中埋入示踪粒子，且模型土(3)的中部设有一根模拟竖井的PVC竖管(4)，PVC竖管(4)的顶部与模型土(3)的顶面齐平；PVC竖管(4)的下端连接模拟暗渠的PVC纵管(5)；/n所述的模型土(3)的顶面填筑模型路基土，形成端面为梯形的铁路路基(6)，在铁路路基(6)内部从下至上还间隔设置有多层加筋条，所述的加筋条由轨道正下方成条状的模型土工格室(8)和模型土工格室(8)上面、下面连接的模型土工格栅(7)构成；所述的模型土工格栅(7)贯通铁路路基(6)；/n所述的加载装置的组成为:/n所述的铁路路基(6)的上部铺设一层混凝土垫板(9)，混凝土垫板(9)的中部与压力环(10)的下端相连，压力环(10)的上方与千斤顶(11)的下端相连，千斤顶(11)的上端固定在反力架的横梁(2c)上；压力环(10)两侧的混凝土垫板(9)上还对称设有激振器(12)；/n所述的测试模块的组成为:/n所述的混凝土垫板(9)上设置有位移计(13)，所述的每个模型土工格室(8)上面的模型土工格栅(7)上布置有三个应变计(14)，三个应变计(14)分别位于模型土工格室(8)的上方和两侧；所述的铁路路基(6)的中部竖向均匀间隔设置3个土压力盒(15)，所述的PVC竖管(4)从下至上均匀、间隔设置三个侧向土压力盒(15)和两个应变计(14)；所述的试验箱体外侧设有粒子图像测速仪(16)，所述的位移计(13)、应变计(14)以及土压力盒(15)均与粒子图像测速仪(16)的中央处理器电连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种通过坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置，由试验箱体、加载装置和测试模块构成，其特征在于：
所述的试验箱体的组成为：
试验箱体为矩形箱体，由底板(1a)、底板上固定的侧钢板(1b)和插于侧钢板(1b)安装槽中的有机玻璃板(1c)构成；所述的有机玻璃(1c)的顶部还盖有一根钢条(1e)，钢条(1e)的两端焊接在侧钢板(1b)上；
所述的试验箱体的底板(1a)连接于反力架的底座(2a)上，反力架的左、右两个支架(2b)之间固定连接有横梁(2c)；
所述的试验箱体内填筑有模拟坎儿井地区地基的模型土(3)，并在模型土(3)中埋入示踪粒子，且模型土(3)的中部设有一根模拟竖井的PVC竖管(4)，PVC竖管(4)的顶部与模型土(3)的顶面齐平；PVC竖管(4)的下端连接模拟暗渠的PVC纵管(5)；
所述的模型土(3)的顶面填筑模型路基土，形成端面为梯形的铁路路基(6)，在铁路路基(6)内部从下至上还间隔设置有多层加筋条，所述的加筋条由轨道正下方成条状的模型土工格室(8)和模型土工格室(8)上面、下面连接的模型土工格栅(7)构成；所述的模型土工格栅(7)贯通铁路路基(6)；
所述的加载装置的组成为:
所述的铁路路基(6)的上部铺设一层混凝土垫板(9)，混凝土垫板(9)的中部与压力环(10)的下端相连，压力环(10)的上方与千斤顶(11)的下端相连，千斤顶(11)的上端固定在反力架的横梁(2c)上；压力环(10)两侧的混凝土垫板(9)上还对称设有激振器(12)；
所述的测试模块的组成为:
所述的混凝土垫板(9)上设置有位移计(13)，所述的每个模型土工格室(8)上面的模型土工格栅(7)上布置有三个应变计(14)，三个应变计(14)分别位于模型土工格室(8)的上方和两侧；所述的铁路路基(6)的中部竖向均匀间隔设置3个土压力盒(15)，所述的PVC竖管(4)从下至上均匀、间隔设置三个侧向土压力盒(15)和两个应变计(14)；所述的试验箱体外侧设有粒子图像测速仪(16)，所述的位移计(13)、应变计(14)以及土压力盒(15)均与粒子图像测速仪(16)的中央处理器电连接。


2.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘先峰，张炎飞，杨文腾，袁胜洋，陈伟志，潘高峰，高泽飞，陈志明，阳剑，李晓辰，蒋关鲁，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51