下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置及方法，技术方案是，底板、左侧梁、右侧梁以及两侧的土体限位板之间围成的空间构成相似岩土体的填充空间，顶梁上设置有由电动推杆驱动、沿顶梁长度方向左右滑动的滑台，滑台上固定有向下伸出顶梁下表面且位于填充空间正上方的加载机构；当电动推杆驱动滑台带动加载机构沿顶梁长度方向前后滑动时，第一转向触板与第二转向触板上的转向按钮接触并挤压转向按钮，转向按钮触发，电动推杆改变伸缩方向，本发明专利技术通过液压千斤顶和激振器组成的伸缩加载机构完成对轨道机构的动荷载的施加，通过激振器动态控制，真实模拟高速列车行驶时实际的振动荷载作用频率。

【技术实现步骤摘要】
下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置及方法
本专利技术涉及地基动力加载相似模型试验的
，特别是一种下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置及方法。
技术介绍
可利用土地资源日益减少，高速铁路线路的铺设也迎来各种各样的技术难题，其中也不乏通过既有地下工程的地基。所以急需得到大量的研究成果来支撑实际工程。然而针对既有底下工程的地基上建设高速铁路等相关问题的研究，除了进行现场试验还需进行大量的模型试验，进而得到综合可靠的测试数据来支撑实际工程。公开号为CN101787716A的专利技术专利，一种研究高速铁路动力响应和长期沉降规律的模型试验装置和公开号为CN106501079A的专利技术专利，一种路基动力加载模型试验系统，两种专利技术装置只能对列车循环动荷载作用下的路基及浅层地基进行振动位移、速度和加速度的测试，但未考虑下伏地下工程地基在循环动荷载作用下的累积变形和动应力的衰减。公开号为CN204405654U的技术专利，一种模拟采空区开采的装置，该装置通过用空心管插入充满沙的胶管中，进而达到用放沙来模拟采空区开采的目的。该装置胶管内充满沙且水平铺设，沙在上覆土层自重作用下，压缩密实且流动性差，操作困难，导致试验效果不好。该装置只能模拟浅采空区，但不能模拟高铁循环动荷载对采空区地基的作用影响。公开号为CN110409518A的专利技术专利，一种高速铁路采空区地基拟动力加载模型试验装置及方法，该装置通过用水管放出水袋中的水，进而达到用放水来模拟采空区开采的目的。该装置水袋水平放置，水袋材质柔软且宜变形，水袋上部土层施工难度大，且固定的加载装置无法准确模拟列车真实运行情况。此外，该专利技术在模型外预制岩土体然后移入模型内，该操作极其困难恐难以实现。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置及方法，可有效解决下伏地下工程的高铁地基动力加载模拟试验的问题。本专利技术解决的技术方案是：一种下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置，该试验装置包括底座、竖直设置在所述底座两侧的左侧梁和右侧梁以及水平设置在所述左侧梁、右侧梁顶部的顶梁，左侧梁和右侧梁两侧面之间连接有并排设置的多块土体限位板，底板、左侧梁、右侧梁以及两侧的土体限位板之间围成的空间构成相似岩土体的填充空间，顶梁上设置有由电动推杆驱动、沿顶梁长度方向左右滑动的滑台，滑台上固定有向下伸出顶梁下表面且位于填充空间正上方的加载机构；所述加载机构包括连接在滑台底部的支撑板，支撑板两端分别设置有对称的两组伸缩加载机构，伸缩加载机构下端连接有随其伸缩的轨道轮，支撑板两端下表面连接有向下延伸的第一转向触板，两端的第一转向触板上分别设置有用于改变电动推杆伸缩方向的转向按钮，转向按钮分别位于两端第一转向触板相互远离的表面上，并且相对于支撑板中心线，转向按钮位于伸缩加载机构的外侧，左侧梁和右侧梁上端相互靠近的一侧分别装有与第一转向触板位于同一高度的制动转向机构，制动转向机构相互靠近的一端端面上分别固定有与转向按钮相对应的第二转向触板，当电动推杆驱动滑台带动加载机构沿顶梁长度方向前后滑动时，第一转向触板与第二转向触板上的转向按钮接触并挤压转向按钮，转向按钮触发，电动推杆改变伸缩方向，构成加载机构的往复循环滑动结构。优选的，所述的试验装置还包括控制器，伸缩加载机构上设置有用于检测其加载力的压力传感器，控制器分别与伸缩加载机构的驱动部件、压力传感器、电动推杆和转向按钮相连。所述伸缩加载机构包括固定在支撑板底面上、沿竖直方向伸缩的液压千斤顶，液压千斤顶的下端的活动部分固定有随其伸缩升降的激振器支撑板，激振器支撑板下表面固定有沿竖直方向伸缩的激振器，激振器下端连接有与轨道机构相匹配的轨道滑轮。所述相似岩土体内埋设有隧道预制块或采空区预制块或二者的组合，同时相似岩土体内还埋设有用于监测在动载下相似岩土体内的动应力、振动加速度或土体沉降量的传感器。一种基于上述试验装置在既有高速铁路下方修建地下工程的动力加载模拟试验方法，包括以下步骤：步骤1：测量实际工况，采用相似原理对高速铁路路基及地质状况进行等比例缩放，得到相应的相似岩土体的尺寸，并根据相似岩土体的尺寸，调节左侧梁的位置，使填充空间与等比例缩放得到相应的相似岩土体的尺寸相匹配；步骤2：依据相似原理制备相似岩土体的材料；步骤3：在填充空间内分层铺设相似岩土体并埋设相应的传感器22；步骤4：待模型的相似岩土体固结稳定后，在相似岩土体上方铺设轨道机构；步骤5：在相似岩土体上方喷淋水模拟自然降水；步骤6：拆卸土体限位板，在相似岩土体上对应位置开挖支护采空区或地铁隧道，加载机构在施加动荷载的情况下沿轨道机构往复运动，模拟实际火车运行，并通过传感器监测上部轨道系统的沉降变形或岩体体的动应力、振动加速度。一种基于上述试验装置在运营高速铁路下伏既有地下工程的动力加载模拟试验方法，包括以下步骤：步骤1：测量实际工况，采用相似原理对高速铁路路基及地质状况进行等比例缩放，得到相应的相似岩土体的尺寸，并根据相似岩土体的尺寸，调节左侧梁的位置，使填充空间与等比例缩放得到相应的相似岩土体的尺寸相匹配；步骤2：依据相似原理制备相似岩土体的材料；并利用相应的相似材料制备隧道预制块或采空区预制块分别模拟代替下伏既有地下工程的采空区或地铁隧道；步骤3：在填充空间内分层铺设相似岩土体并埋设相应的传感器22，同时把预制的隧道预制块或采空区预制块埋置在相应的位置上；步骤4：待模型的相似岩土体固结稳定后，在相似岩土体上方铺设轨道机构；步骤5：在相似岩土体上方喷淋水模拟自然降水；步骤6：加载机构在施加动荷载的情况下沿轨道机构往复运动，模拟实际火车运行，并通过传感器监测上部轨道系统的沉降变形或岩体体的动应力、振动加速度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、通过液压千斤顶和激振器组成的伸缩加载机构完成对轨道机构的动荷载的施加，通过激振器动态控制，根据压力传感器采集的加载力数据实时控制激振器伸缩补偿，通过压力补偿保证施加在钢轨上的荷载不发生变化，保持对轨道加载力的稳定，避免因土体沉降导致的施加荷载变小而失真，同时设置荷载的加载曲线可真实模拟高速列车行驶时实际的振动荷载作用频率；2、通过电动推杆带动滑台运动，从而带动加载机构下部的轨道滑轮在钢轨上滑动，当第一转向触板与第二转向触板上的转向按钮接触并挤压转向按钮时，转向按钮触发，电动推杆改变伸缩方向，从而使加载机构往复循环滑动，同时调节伸缩杆的伸缩快慢可以有效模拟列车不同的行驶速度，如此往返运动可模拟高铁火车循环往复行驶的真实工况；3、通过左侧梁和右侧梁表面的土体限位板构建一个相似岩土体的填充空间，通过左侧梁的滑动可以根据模型尺寸任意调节填充空间的大小，同时左右侧梁内设置液压千斤顶能够提供水平侧向应力边界条件，从而更好的完成相似岩土体的铺设；4、相似岩土体铺设完成后，拆下土体限位板即可在相似岩土体的对应位置开挖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置，其特征在于，该试验装置包括底座(2)、竖直设置在所述底座(2)两侧的左侧梁(3)和右侧梁(4)以及水平设置在所述左侧梁、右侧梁顶部的顶梁(5)，左侧梁(3)和右侧梁(4)两侧面之间连接有并排设置的多块土体限位板(9)，底板、左侧梁、右侧梁以及两侧的土体限位板之间围成的空间构成相似岩土体的填充空间，顶梁(5)上设置有由电动推杆(20)驱动、沿顶梁长度方向左右滑动的滑台(14)，滑台(14)上固定有向下伸出顶梁下表面且位于填充空间正上方的加载机构(12)；所述加载机构(12)包括连接在滑台(14)底部的支撑板(123)，支撑板(123)两端分别设置有对称的两组伸缩加载机构，伸缩加载机构下端连接有随其伸缩的轨道轮(18)，支撑板(123)两端下表面连接有向下延伸的第一转向触板(124)，两端的第一转向触板上分别设置有用于改变电动推杆(20)伸缩方向的转向按钮(127)，转向按钮(127)分别位于两端第一转向触板相互远离的表面上，并且相对于支撑板中心线，转向按钮位于伸缩加载机构的外侧，左侧梁(3)和右侧梁(4)上端相互靠近的一侧分别装有与第一转向触板位于同一高度的制动转向机构(15)，制动转向机构(15)相互靠近的一端端面上分别固定有与转向按钮(127)相对应的第二转向触板(151)，当电动推杆(20)驱动滑台带动加载机构沿顶梁长度方向前后滑动时，第一转向触板(124)与第二转向触板(151)上的转向按钮接触并挤压转向按钮，转向按钮触发，电动推杆(20)改变伸缩方向，构成加载机构的往复循环滑动结构。/n...

【技术特征摘要】
1.一种下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置，其特征在于，该试验装置包括底座(2)、竖直设置在所述底座(2)两侧的左侧梁(3)和右侧梁(4)以及水平设置在所述左侧梁、右侧梁顶部的顶梁(5)，左侧梁(3)和右侧梁(4)两侧面之间连接有并排设置的多块土体限位板(9)，底板、左侧梁、右侧梁以及两侧的土体限位板之间围成的空间构成相似岩土体的填充空间，顶梁(5)上设置有由电动推杆(20)驱动、沿顶梁长度方向左右滑动的滑台(14)，滑台(14)上固定有向下伸出顶梁下表面且位于填充空间正上方的加载机构(12)；所述加载机构(12)包括连接在滑台(14)底部的支撑板(123)，支撑板(123)两端分别设置有对称的两组伸缩加载机构，伸缩加载机构下端连接有随其伸缩的轨道轮(18)，支撑板(123)两端下表面连接有向下延伸的第一转向触板(124)，两端的第一转向触板上分别设置有用于改变电动推杆(20)伸缩方向的转向按钮(127)，转向按钮(127)分别位于两端第一转向触板相互远离的表面上，并且相对于支撑板中心线，转向按钮位于伸缩加载机构的外侧，左侧梁(3)和右侧梁(4)上端相互靠近的一侧分别装有与第一转向触板位于同一高度的制动转向机构(15)，制动转向机构(15)相互靠近的一端端面上分别固定有与转向按钮(127)相对应的第二转向触板(151)，当电动推杆(20)驱动滑台带动加载机构沿顶梁长度方向前后滑动时，第一转向触板(124)与第二转向触板(151)上的转向按钮接触并挤压转向按钮，转向按钮触发，电动推杆(20)改变伸缩方向，构成加载机构的往复循环滑动结构。


2.根据权利要求1所述的下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置，其特征在于，所述的试验装置还包括控制器(21)，伸缩加载机构上设置有用于检测其加载力的压力传感器，控制器(21)分别与伸缩加载机构的驱动部件、压力传感器、电动推杆(20)和转向按钮(127)相连。


3.根据权利要求2所述的下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置，其特征在于，所述伸缩加载机构包括固定在支撑板(123)底面上、沿竖直方向伸缩的液压千斤顶(121)，液压千斤顶(121)的下端的活动部分固定有随其伸缩升降的激振器支撑板(125)，激振器支撑板(125)下表面固定有沿竖直方向伸缩的激振器(122)，激振器(122)下端连接有与轨道机构(16)相匹配的轨道滑轮(18)。


4.根据权利要求3所述的下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置，其特征在于，所述的轨道滑轮(18)包括固定连接在所述激振器下端的轮轴支撑块(184)、转动穿装在所述轮轴支撑块(184)上的轮轴(181)和固定在所述轮轴两端的轮体(182)。


5.根据权利要求2所述的下伏地下工程的高铁地基动力加载模型试验装置，其特征在于，所述填充空间内铺设有相似岩土体(23)，相似岩土体(23)上部伸出填充空间，伸出部分的相似岩土体上铺设轨道机构(16)。


6.根据权利要求2所述的下伏地下工程...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树仁，石坤鹏，龚健，邹友峰，刘希亮，顿志林，夏祖滨，段李莉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41