动载-渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统技术方案

本申请公开了一种动载

【技术实现步骤摘要】
动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统


[0001]本申请涉及交通岩土工程
，具体涉及一种动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统。

技术介绍

[0002]在高速公路的修筑过程中，填料的主要来源是大量的石质挖方和隧道弃方产生的宕渣。宕渣填料具有强度高、压实密度大、沉降变形小、透水性能强、抗冲刷性能高、可就近取材等优点，而且宕渣用作路堤填料，可有效解决弃土占地污染问题，对于减少整个社会资源的消耗和可持续发展都具有重大意义。
[0003]但宕渣路基服役时，通常会发生边坡失稳、路基滑塌、路基不均匀沉降等典型的路基病害，其主要原因是：作为一种易破碎的中
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强风化泥岩宕渣的颗粒级配和填料内部组构是影响其力学特性和稳定性的关键，而车辆循环动载作用与强降雨渗蚀影响是使得宕渣填料级配和组构变化的重要因素，从而引起宕渣路基服役性能的劣化。
[0004]为有效预防和应对循环动载与强降雨渗蚀耦合作用导致宕渣土石质路基风险所带来的直接或间接灾害，进一步开展循环动载作用宕渣颗粒破碎演化及累积塑性变形特征探究，与复杂渗流路径的强降雨渗蚀作用下非饱和宕渣路基水分运移及细颗粒迁徙时空分布特征分析，归纳“动载
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渗蚀”耦合作用下宕渣路基服役性能劣化的演变过程，是宕渣路基设计与维护时机确定的理论保证。
[0005]开展试验研究是最为直观且有效地途径，但目前试验大多基于“动载”或“渗蚀”单个影响因素设计试验装置，鲜有针对“动载/>‑
渗流”耦合作用设计地试验系统。另一方面，目前渗流侵蚀试验通常是在圆柱形渗流仪中进行，仅能够对单元体的渗流侵蚀特性进行分析；同样地，循环加载试验一般通过动三轴仪于圆柱形展开，两者均很难得出模型试验的一般规律。
[0006]故而亟待开发一种动载
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渗蚀耦合作用下非饱和宕渣路基响应场演化可视化研究试验系统。

技术实现思路

[0007]本申请实施例的目的是提供一种动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统，其可控制进出口水头，有效调节渗流路径，灵活多变地模拟渗流侵蚀过程；可多级变频循环加载，实现多种类型交通荷载的模拟；内置多种传感器，能直观得出内部应力场、位移场分布演化规律；同时能对细颗粒迁徙路径进行实时示踪，从而可以解决
技术介绍
中涉及的至少一个技术问题。
[0008]为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
[0009]本申请实施例提供了一种动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统，包括：路基模型箱主体、用于给所述路基模型箱主体施加振动的动力加载系统、用于给所述路基模型箱主体供水的供水系统、用于与所述路基模型箱主体连接并用于排水和收集
土壤的排水集土系统、用于采集所述路基模型箱主体的各种信息的信号采集系统以及用于细颗粒及水流体动态迁徙路径追踪的颗粒迁徙追踪系统，其中，
[0010]所述路基模型箱主体的底部贯穿设有用于细颗粒及水流排出的孔洞；
[0011]所述排水集土系统包括用于承托所述路基模型箱主体的钢支架和焊接于所述钢支架上并位于所述孔洞正下方的双层铁盒，所述双层铁盒包括可拆卸并用于收集所述路基模型箱主体流出的细颗粒的上层铁盒与位于所述上层铁盒下方的下层铁盒，所述上层铁盒的底部贯穿设有多个第一圆孔，并铺设过滤网，过滤网紧贴所述上层铁盒的底部及侧壁；所述下层铁盒的底部贯穿设有用于安装排水管的第二圆孔。
[0012]可选的，所述路基模型箱主体的底部铺设有用于削弱上部循环荷载在底部发生的应力波反射现象的泡沫板。
[0013]可选的，所述路基模型箱主体的内部侧壁涂有凡士林并贴有用于减小土体与侧壁摩阻力与动力波反射的四氟乙烯膜。
[0014]可选的，所述加载系统包括用于承载所述钢支架的底板、竖立设置于所述底板上的支撑立柱、安装于所述支撑立柱顶部并位于所述路基模型箱主体上方的加载架顶板、安装于所述加载架顶板上的振动电机、与所述振动电机连接的变频器、安装于所述路基模型箱主体上的圆形刚性加载板、连接所述圆形刚性加载板与所述振动电机输出端的加载杆以及安装于所述加载杆上的力敏传感器。
[0015]可选的，所述加载架顶板通过两组相同刚度系数的压缩弹簧固定在所述支撑立柱上，并采用反力架施加轴向弹性约束。
[0016]可选的，所述供水系统包括储水罐、用于控制所述储水罐水压的压力控制器以及连接所述储水罐与所述路基模型箱主体的导水管。
[0017]可选的，所述压力控制器包括气泵、连接所述气泵与所述储水罐的导管以及安装于所述导管上的控压阀门。
[0018]可选的，所述信号采集系统包括安装于所述路基模型箱主体内的激光位移计和埋设于路基模型箱主体内部土体中的土压力盒、孔隙水压力计以及张力计。
[0019]可选的，所述颗粒迁徙追踪系统采用3D
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DIC系统，包括高速摄像机、高精度测量头、同步触发器、测量软件、标定板以及图形工作站。
[0020]可选的，所述力敏传感器由DYLY
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108型称重传感器和CYY
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JSD01加速度传感器组成。
[0021]本申请的有益效果如下：
[0022]1、本申请提出的非饱和宕渣路基响应场演化可视化研究试验系统，可实现循环荷载及渗流场的同步施加。其中，本申请可实现多种幅值
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频率组合循环荷载的施加，幅值与频率可通过力敏传感器精准控制；同样地，渗流速度也可控压阀门精准调节，灵活、多变地探究多种组合工况的影响。
[0023]2、本申请可对动载
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渗蚀耦合作用下路基颗粒破碎演化、累积塑性变形特征，细颗粒、水分动态迁徙路径及路基内部响应场分布进行整体模型试验研究，进一步地探究动载
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渗流耦合作用下宕渣路基服役性能劣化机理及演变过程。
[0024]3、本申请提供的试验系统结构简单、操作方便，实用性强，极大简化实验流程。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
[0026]图1为本申请实施例提供的试验系统整体结构示意图；
[0027]图2为本申请实施例提供的路基模型填土级配曲线；
[0028]图3为本申请实施例提供的信号采集系统示意图；
[0029]图4为本申请实施例提供的颗粒迁徙追踪系统示意图。
[0030]其中，1、路基模型箱主体；2、动力加载系统；3、供水系统；4、排水集土系统；5、信号采集系统；6、颗粒迁徙追踪系统；7、角钢；8、钢化玻璃；9、钢板；10、泡沫板；11、四氟乙烯膜；12、矩形活动板；13、圆孔；14本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统，其特征在于，包括：路基模型箱主体、用于给所述路基模型箱主体施加振动的动力加载系统、用于给所述路基模型箱主体供水的供水系统、用于与所述路基模型箱主体连接并用于排水和收集土壤的排水集土系统、用于采集所述路基模型箱主体的各种信息的信号采集系统以及用于细颗粒及水流体动态迁徙路径追踪的颗粒迁徙追踪系统，其中，所述路基模型箱主体的底部贯穿设有用于细颗粒及水流排出的孔洞；所述排水集土系统包括用于承托所述路基模型箱主体的钢支架和焊接于所述钢支架上并位于所述孔洞正下方的双层铁盒，所述双层铁盒包括可拆卸并用于收集所述路基模型箱主体流出的细颗粒的上层铁盒与位于所述上层铁盒下方的下层铁盒，所述上层铁盒的底部贯穿设有多个第一圆孔，并铺设过滤网，过滤网紧贴所述上层铁盒的底部及侧壁；所述下层铁盒的底部贯穿设有用于安装排水管的第二圆孔。2.根据权利要求1所述的动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统，其特征在于，所述路基模型箱主体的底部铺设有用于削弱上部循环荷载在底部发生的应力波反射现象的泡沫板。3.根据权利要求1或2所述的动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统，其特征在于，所述路基模型箱主体的内部侧壁涂有凡士林并贴有用于减小土体与侧壁摩阻力与动力波反射的四氟乙烯膜。4.根据权利要求1所述的动载
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渗蚀耦合作用下的宕渣路基响应场演化试验系统，其特征在于，所述加载系统包括用于承载所述钢支架的底板、竖立设置于所述底板上的支撑立柱、安装于所述支撑立柱顶部并位于所述路基模型箱主体上方的加载架顶板、安装于所述加载架顶板上的振动电机、与所述振动电机连接的变频器、安装于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玲，陈昀灏，彭文哲，谭景鹏，高琼，史雅倩，刘钟书，彭芯钰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：