【技术实现步骤摘要】
水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置及检测方法
[0001]本专利技术属于铁路隧道的无砟轨道模型试验的
，具体的说，涉及一种水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置及检测方法。
技术介绍
[0002]近年来，隧道内无砟轨道在服役过程中，由于隧道内水文地质条件极其复杂，导致无砟轨道受到基础不均匀变形、地下水压变化、围岩压力、地应力等的影响，出现上拱、开裂、下沉、轨道结构层间离缝及冒浆等病害。其中地下水是引发隧道内出现上拱、开裂、翻浆冒泥等病害的主要原因，尤其是岩溶地区，地下水丰富且具有良好的通道，地下水能够进入仰拱填充层和无砟轨道垫层间形成较高的承压水头，导致道床板层上拱。当上拱超过一定量后将引起轨道不平顺，影响列车运行的平稳性和安全性，造成列车限速或者停运，严重影响列车的正常运营。目前，模型试验方法是研究隧道内地下水作用下道床板层力学响应的重要方法，但传统的隧道模型试验主要考虑隧道结构的二衬层，研究二衬结构在地下水作用下的水压力分布、力学响应、破坏机理，并对排水方式进行优化，以期减少隧道内衬砌结构开裂、渗漏水和涌水灾害，未能考虑无砟轨道结构。轨道方面的研究更多的关注桥梁或者路基上降雨后滞留在无砟轨道的水对轨道的影响，但是隧道内由于其特殊的结构，地下水才是无砟轨道道床板层上拱的主要原因，和桥梁或者路基基础上水的作用方式不同，上拱机理也不同。然而，地下水在无砟轨道道床板层下是不均匀分布的，实际工况中无法得知不均匀地下水对无砟轨道道床板层作用位置以及水压值对无砟轨道道床板层上拱量的影响。因此，急需开发一种隧道>‑
无砟轨道结构模型及检测方法，可以模拟不均匀地下水作用，可变换地下水水头高度的试验装置，地下水作用于仰拱底部时，检测无砟轨道道床板层受地下水作用的变形规律。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供一种水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置及检测方法，用以模拟均匀或者不均匀地下水对铁路隧道仰拱
‑
无砟轨道的作用，并可变换地下水水头高度，进而使得地下水作用于仰拱底部时，检测无砟轨道道床板层受地下水作用的受力变形规律。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置，包括经支撑模块所支撑的模型本体，所述支撑模块连接有安装架，于所述安装架上滑动连接有行走式竖向位移检测模块，于所述模型本体的上表面上设置有应变检测模块；所述支撑模块与加压水系统连接，且由加压水系统而出的压力水作用于模型本体的底部；所述模型本体包括自下而上依次设置的垫层、仰拱层、仰拱填充层及道床板层。
[0005]进一步的，所述支撑模块包括上端处于开放状态的模型装配箱，所述模型装配箱经多组支撑腿支撑于地面上，于模型装配箱的底壁上开设有多个加压口，于所述模型装配箱的下端且位于各加压口处可拆卸安装有可调式进水机构，所述加压水系统的出口与相对
应的至少一个可调式进水机构连接。
[0006]进一步的，所述可调式进水机构包括大径端与模型装配箱下端可拆卸连接的喇叭罩，止回式进水件螺纹连接于喇叭罩的小径端，且所述止回式进水件的一端伸入喇叭罩内。
[0007]进一步的，所述止回式进水件包括与喇叭罩的小径端螺纹连接的调整管，于所述调整管内设置有具有多个第一导通孔的第一挡板，于所述第一挡板靠近模型装配箱的一端设置有具有多个第二导通孔的第二挡板，所述第一导通孔和第二导通孔相互错开；所述第二挡板连接有一穿过第一挡板的连接套，一插杆插装于连接套内，且插杆远离连接套的一端与导水座连接，所述导水座固定于调整管内，且于导水座与连接套之间设置有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧套装于插杆外。
[0008]进一步的，于所述调整管伸入喇叭罩的一端螺纹连接有调整嘴，所述调整嘴包括与调整管螺纹连接的连接部，于所述连接部靠近模型装配箱的一端构造有口径渐缩或者口径渐扩的调整部。
[0009]进一步的，于所述模型装配箱内构造有多根沿其长度方向间隔设置的横向分隔肋，于模型装配箱的底部中间位置构造有一根与各横向分隔肋连接的纵向分隔肋，所述横向分隔肋和纵向分隔肋将模型装配箱的底部分为多个检测区域，于模型装配箱的底壁上且位于各检测区域处开设排泄口，所述排泄口与构造于模型装配箱下端的排泄管连通；于所述模型本体的下表面上与纵向分隔肋和各横向分隔肋相对应处构造有纵向装配槽和横向装配槽；于所述安装架上且位于其两端处分别安装有至少一个液压缸，各所述液压缸的下端与模型本体的上端可拆卸连接。
[0010]进一步的，所述安装架包括沿支撑模块的纵向延伸的吊梁，所述行走式竖向位移检测模块包括安装于吊梁上的直线电机，于所述直线电机上安装有装配座，于所述装配座上开设有沿支撑模块的横向延伸的条形孔，且装配座经条形孔安装有激光位移传感器。
[0011]进一步的，所述加压水系统包括设置于地面上的调整架，于所述调整架上沿竖直方向间隔设置有多个放置板，各所述放置板与调整架滑动连接，且于各放置板上放置有多个加压桶，各所述加压桶通过出水管与支撑模块连接；于所述调整架的下端设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接有沿竖向延伸的传动丝杠，各所述放置板经离合件与传动丝杠传动连接。
[0012]进一步的，所述加压水系统包括设置于地面上的加压罐体，于所述加压罐体的下水管上连接有分配管，于所述分配管上连通有多根并排设置的加压支管，于各所述加压支管上安装有支管控制阀及减压阀；于所述加压罐体周壁的上部及顶壁的上端分别构造有进水管及补气管。
[0013]本专利技术还公开了一种利用上述的水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置的检测方法，包括如下步骤：S1、根据试验选定工况，选取压力水作用的区域，确定模型本体底部受水压作用的位置和水头高度；S2、确定应变片和激光位移传感器的位置：根据有限元仿真结果将应变检测模块固定在模型本体上表面的相应位置处；S3、行走式竖向位移检测模块检测道床板层钢轨位置处模型本体全长范围内的初始竖向位移并做好记录；
S4、将加压水系统与支撑模块的底部连接，且连接的位置为待检测的区域处；S5、调整水压，使之处于预定的水压范围内；S6、应变数据采集仪采集应变检测模块的应力并传输至电脑；S7、竖向位移观测时，控制行走式竖向位移检测模块匀速、稳定行走，且行走不少于3个往复，用数据采集仪采集数据，电脑保存数据，确保数据的稳定性；S8、测得道床板层多处应变后，根据公式σ=Eε，E表示杨氏模数，σ表示正向应力，ε表示正向应变,求出道床板层多处的截面应力。
[0014]本专利技术由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本专利技术依据模型试验的相似原理，首次构建了相对完整的隧道内无砟轨道结构，其包括垫层、仰拱、仰拱填充层、道床板层，并配制适合模型试验的仰拱、仰拱填充层、道床板层的原材料和配合比，用以还原实际的隧道内无砟轨道结构，并通过加压水系统与支撑模块的不同方式的连接，可实现水压作用均布荷载，也可实现不同水头高度作用于仰拱不同位置，实现仰拱不均匀受力；本专利技术的行走式竖向位移检测模块能够保证检测点位位置本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置，其特征在于：包括经支撑模块所支撑的模型本体，所述支撑模块连接有安装架，于所述安装架上滑动连接有行走式竖向位移检测模块，于所述模型本体的上表面上设置有应变检测模块；所述支撑模块与加压水系统连接，且由加压水系统而出的压力水作用于模型本体的底部；所述模型本体包括自下而上依次设置的垫层、仰拱层、仰拱填充层及道床板层。2.根据权利要求1所述的水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置，其特征在于：所述支撑模块包括上端处于开放状态的模型装配箱，所述模型装配箱经多组支撑腿支撑于地面上，于模型装配箱的底壁上开设有多个加压口，于所述模型装配箱的下端且位于各加压口处可拆卸安装有可调式进水机构，所述加压水系统的出口与相对应的至少一个可调式进水机构连接。3.根据权利要求2所述的水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置，其特征在于：所述可调式进水机构包括大径端与模型装配箱下端可拆卸连接的喇叭罩，止回式进水件螺纹连接于喇叭罩的小径端，且所述止回式进水件的一端伸入喇叭罩内。4.根据权利要求3所述的水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置，其特征在于：所述止回式进水件包括与喇叭罩的小径端螺纹连接的调整管，于所述调整管内设置有具有多个第一导通孔的第一挡板，于所述第一挡板靠近模型装配箱的一端设置有具有多个第二导通孔的第二挡板，所述第一导通孔和第二导通孔相互错开；所述第二挡板连接有一穿过第一挡板的连接套，一插杆插装于连接套内，且插杆远离连接套的一端与导水座连接，所述导水座固定于调整管内，且于导水座与连接套之间设置有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧套装于插杆外。5.根据权利要求4所述的水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置，其特征在于：于所述调整管伸入喇叭罩的一端螺纹连接有调整嘴，所述调整嘴包括与调整管螺纹连接的连接部，于所述连接部靠近模型装配箱的一端构造有口径渐缩或者口径渐扩的调整部。6.根据权利要求2所述的水压作用下无砟轨道受力变形模型试验装置，其特征在于：于所述模型装配箱内构造有多根沿其长度方向间隔设置的横向分隔肋，于模型装配箱的底部中间位置构造有一根与各横向分隔肋连接的纵向分隔肋，所述横向分隔肋和纵向分隔肋将模型装配箱的底部分为多个检测区域，于模型装配箱的底壁上且位于各检测区域处开设排泄口，所述排泄口与构造于模型装配箱下端的排泄管连通；于所述模型本体的下表面上与纵向分隔肋和各横向分隔...
【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞，黄守刚，王建西，陈进杰，樊浩博，高新强，陈龙，李杨，刘成坤，蔡嘉升，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：
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