【技术实现步骤摘要】
一种用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置及使用方法
[0001]本专利技术涉及一种用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置及使用方法。
技术介绍
[0002]大粒径碎石道砟在有砟轨道结构中扮演着重要的角色，其具有较高的抗压强度，能够承受来自铁轨和列车荷载施加的压力，保持轨道的稳定性；同时，其可使道砟具备一定的弹性，在列车通过时吸收和分散荷载产生的冲击力，减少列车对轨道和铁轨的磨损，延长其使用寿命；另外，大粒径碎石道砟能够均匀分散铁轨和轨枕的荷载，减少局部应力集中，防止轨枕下陷和变形，提高轨道的稳定性和承载能力。此外，大粒径碎石道砟通常具有较好的排水性能，能够快速将雨水和地下水排出，防止道床积水和软化，保持铁路线路的稳定，同时其具有较好的耐久性，能够长期承受列车的频繁运行和荷载作用，减少道床的沉陷和变形，保持轨道的平整度和几何稳定性，因此，了解大粒径碎石道砟的性能特点对于设计和维护铁路轨道具有重要意义。
[0003]通常，碎石道砟在列车荷载作用下需承受来自剪切力和垂直力等多个方向荷载，从而产生各种程度的变形...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置，其特征在于：包括实验平台（1），设置在实验平台（1）上方的反力架结构（2），安装在实验平台（1）及反力架结构（2）上的垂向加载机构（3）和水平加载机构（4），以及放置在实验平台（1）上的测试装置盒（5）；大粒径碎石道砟材料装在测试装置盒（5）中，通过所述垂向加载机构（3）对其施加垂向作用力，通过所述水平加载机构（4）对其施加剪切力，进行直剪试验、垂向刚度试验和/或三轴试验，测试该大粒径碎石道砟材料的抗压、抗剪性能。2.根据权利要求1所述的用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置，其特征在于：所述反力架结构（2）包括设置在实验平台（1）两端的两支撑立柱（21）和搭设在两支撑立柱（21）上端并横设在实验平台（1）上方的一反力架横梁（22）；所述支撑立柱（21）的底端通过大型螺栓与地垒固定连接，其上端侧面设有横梁通孔；所述反力架横梁（22）两端穿插在两支撑立柱（21）上端的横梁通孔内并焊接固定。3.根据权利要求2所述的用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置，其特征在于：所述垂向加载机构（3）通过吊装基座（31）吊装在反力架横梁（22）上，其包括用于提供垂向加载动力的垂向加载器（32），以及用于执行垂向加载的第一液压顶（33）；所述吊装基座（31）包括若干根长螺栓（311）、上夹板（312）和下夹板（313）；所述上夹板（312）和下夹板（313）的宽度均大于反力架横梁（22）的宽度，通过所述长螺栓（311）将二者夹持固定在反力架横梁（22）的上下两面；所述下夹板（313）上设有安装孔，用于吊装所述垂向加载器（32），所述第一液压顶（33）位于垂向加载器（32）的前端，在垂向加载器（32）作用下对其下方的大粒径碎石道砟材料施加垂向作用力。4.根据权利要求3所述的用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置，其特征在于：所述水平加载机构（4）通过支撑座（41）安装在实验平台（1）上，其包括用于提供水平加载动力的水平加载器（42），以及用于执行水平加载的第二液压顶（43）；所述支撑座（41）位于实验平台（1）的一端并且靠近反力架结构（2）的支撑立柱（21）设置，其包括支撑钢腿（411）和水平基座（412）；所述支撑钢腿（411）固设在实验平台（1）的台面上，所述水平基座（412）横设在支撑钢腿（411）上端，其二者呈T形连接固定；所述水平加载器（42）设置在水平基座（412）内，所述第二液压顶（43）位于水平加载器（42）的前端，在水平加载器（42）的作用下对其正前方的大粒径碎石道砟材料施加水平剪切力。5.根据权利要求4所述的用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置，其特征在于：所述测试装置盒（5）包括直剪测试盒（51）、垂压测试盒（52）和三轴测试盒（53）；其中：所述直剪测试盒（51）包括第一剪切盒（511）和第二剪切盒（512），所述第一剪切盒（511）无底，所述第二剪切盒（512）无盖，其二者上下垒叠放置，且位于上部的第一剪切盒（511）的边长小于位于下部的第二剪切盒（512）的边长；所述直剪测试盒（51）还包括盖板（513）、水平加载板（514）和若干滚轴（515）；所述盖板（513）加盖在第一剪切盒（511）内的大粒径碎石道砟材料上；所述水平加载板（514）位于盖板（513）之上，其面积小于盖板（513），所述滚轴（515）位于盖板（513）和水平加载板（514）之间；垂向作用力施加在所述水平加载板（514）上，水平剪切力施加在第一剪切盒（511）面向支撑立柱（21）的一个侧面上，以进行直剪测试；
所述垂压测试盒（52）包括垂压装样盒本体（521）和模拟轨枕（6）；所述垂压装样盒本体（521）的横截面近似于直剪测试盒（51）中的第一剪切盒（511）横截面，其高度约为第一剪切盒（511）的两倍；所述模拟轨枕（6）埋设在垂压装样盒本体（521）内的大粒径碎石道砟材料中，以模拟真实铁路轨枕结构；垂向作用力施加在所述模拟轨枕（6）上，以进行垂压测试；所述三轴测试盒（53）包括三轴装样盒本体（531）、模拟轨枕（6）和模拟钢轨（7）；所述三轴装样盒本体（531）近似于垂压装样盒本体（521），所述模拟轨枕（6）埋设在三轴装样盒本体（531）内的大粒径碎石道砟材料中，所述模拟钢轨（7）安装在模拟轨枕（6）上，以模拟真实铁路线路结构；垂向作用力施加在所述模拟钢轨（7）上，水平剪切力施加在三轴装样盒本体（531）面向支撑立柱（21）的两个侧面上，以进行三轴测试。6.根据权利要求5所述的用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置，其特征在于：该装置还包括测试监测系统，该测试监测系统包括压力监测模块（8）、位移监测模块（9）以及信息采集处理控制中心；所述压力监测模块（8）包括垂直压力传感器（81）和水平压力传感器（82），所述垂直压力传感器（81）用于检测对大粒径碎石道砟材料施加的垂向作用力，所述水平压力传感器（82）用于检测对大粒径碎石道砟材料施加的水平剪切力；所述位移监测模块（9）包括垂直位移传感器（91）和水平位移传感器（92），所述垂直位移传感器（91）用于检测大粒径碎石道砟材料在垂向作用力下的抗压沉降情况，所述水平位移传感器（92）用检测直剪试验及三轴试验中，大粒径碎石道砟材料在水平剪切力下的相对位移情况；所述信息采集处理控制中心包括数据采集器（10）和监测控制中心，所述数据采集器（10）用于采集垂直压力传感器（81）、水平压力传感器（82）、垂直位移传感器（91）和水平位移传感器（92）的检测信息并传送至监测控制中心，所监测控制中心用于接收数据采集器（10）收集的信息，实时监测数据变化，并完成数据记录储存及控制实验的进行。7.根据权利要求6所述的用于大粒径碎石抗压、抗剪性能测试的多功能装置，其特征在于：所述垂直压力传感器（81）设置在下夹板（313）和垂向加载器（32）之间，其位于垂向加载器（32）的正上方，并通过数据传输接口与数据采集器（10）相连接；所述水平压力传感器（82）设置在水平加载机构（4）的水平基座（412）内，位于水平加载器（42）的后端，并通过数据传输接口与数据采集器（10）相连接；所述垂直位移传感器（91）和水平位移传感器（92）均包括传感器本体和感应元件；其中，所述垂直位移传感器（91）的传感器本体安装在传感器托架上（11），并与直剪测试盒（51）、垂压测试盒（52）和三轴测试盒（53）的上沿口处于相对等高的位置；直剪试验中，其感应元件设置在第一剪切盒（511）内的盖板（513）上，垂向刚度试验和三轴试验中，其感应元件均设置在模拟轨枕（6）上；所述水平位移传感器（92）的传感器本体安装在实验平台（1）的台面上，直剪试验中，其感应元件设置在第一剪切盒（511）面向支撑立柱（21）的侧面上，三轴试验中，其感应元件均设置在三轴测试盒（53）面向支撑立柱（21）的侧面上。8.一种使用权利要求7所述的多功能装置测试大粒径碎石抗剪性能的方法，其特征在
于：使用权利要求7所述的多功能装置对待检测的大粒径碎石道砟材料进行直剪试验，具体包括如下步骤：1
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1）装样：将第二剪切盒（512）放置在实验平台（1）台面的指定位置处，将待检测的大粒径碎石道砟材料按层级有序填入第二剪切盒（512）中，直至填满；将第一剪切盒（511）垒摞在第二剪切盒（512）内的大粒径碎石道砟材料上，再将剩余的待检测的大粒径碎石道砟材料按层级依次填入第一剪切盒（511）中，并进行捣固、加压处理，将待检测的大粒径碎石道砟材料压密压实；1
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2）封盖：将盖板（513）放置在压密实后的大粒径碎石道砟材料上，再将滚轴（515）放置在盖板（513）上，最后将水平加载板（514）放置在滚轴（515）之上；1
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3）安装垂向加载机构：采用长螺栓（311）将上夹板（312）和下夹板（313）夹装在反力架横梁（22）上，利用紧固件按照垂直压力传感器（81）、垂向加载器（32）和第一液压顶（33）的次序...
【专利技术属性】
技术研发人员：王威，刘宙，贾虎，袁铭凯，熊超凡，肖键，徐昊伟，邓硕，张根彬，熊昊，金银富，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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