一种路基永久变形模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术为了解决现有的永久变形预测模型不能解决模拟真实交通载荷下循环加载实验的数据处理，提出了一种路基永久变形模拟装置

【技术实现步骤摘要】
一种路基永久变形模拟装置、试验方法及数据处理方法


[0001]本专利技术属于交通岩土动力学
，尤其涉及一种路基永久变形模拟装置
、
试验方法及数据处理方法
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]路基作为支撑公路
、
铁路和机场上部结构的重要组成部分，所受到的交通荷载的冲击也将随之增大
。
路基在成千上万次循环交通荷载的作用下，不可避免地会产生永久变形，从而影响路基的工作状态和服役性能
。
现场试验表明，交通荷载在运行过程中会引起路基主应力轴旋转，产生复杂的应力路径
。
主应力轴旋转会加速路基永久变形的发展，严重影响路基的使用寿命
。
因此，研究路基在实际交通荷载作用下的永久变形发展规律具有十分重要的意义
。
[0004]目前，路基永久变形的研究方法主要有数值模拟
、
室内试验和模型试验等
。
数值模拟往往需要大量的计算资源
。
在模型建立过程中，边界条件选取困难，计算结果往往难以得到验证
。
因此，大多数研究人员倾向于通过动三轴试验或空心圆柱扭剪试验来研究土体永久变形或应变的发展规律
。
然而动三轴试验只能施加竖向循环荷载，与真实交通荷载不一致，不能模拟路基复杂的应力路径和主应力轴旋转
。
与动三轴试验相比，空心圆柱扭剪试验虽然可以通过施加剪切荷载实现土样的主应力轴旋转，但在试验过程中试验试样的制作难度大，且边界条件与实际情况相差甚大
。
导致空心圆柱试验所得的土体永久变形与实际路基的永久变形必然存在一定误差
。
因此，一些学者通过各种模型试验进行了相关研究，例如
T. Marolt Č
eba
š
ek、Yang、Bian
等人
。
然而，在上述模型试验中，交通荷载被简化为简谐荷载，与实际交通荷载不一致
。
[0005]针对路基土永久变形的发展规律，相关学者进行了大量的研究，建立了不同形式的永久变形预测模型，如公式（1）所示：
[0006][0007]（1）
[0008]之后，许多学者对上述模型进行了不同程度的改进
。
然而，上述模型主要是基于动三轴试验或空心圆柱扭剪试验的单级循环加载结果来完成的
。
在此过程中需要制作大量试验试件，工作量巨大
。
这种方法显然不适用于模型试验
。
与单级循环加载相比，多级循环加载可以大大减少试验工作量，最重要的是可以考虑路基现实生活中所经历的应力历史情
况
。
多级循环加载相比于单级循环加载，显然更加适用于大比尺的模型试验
。
目前，预测多级循环加载下土体永久塑性应变随加载次数变化的方法有两种：平移相加法和时间硬化法
。
平移相加法只是将不同加载阶段的永久变形曲线平移到坐标原点，在此过程中没有考虑土体性质随加载次数的变化
。
该处理方法过于简单，所得结果有待验证
。
时间硬化法在消除应力历史影响的过程中更为科学，但目前得到的结果主要是基于动态三轴试验，尚未考虑主应力轴旋转对累积变形的影响
。
因此，这种方法还需要进一步的改进
。
[0009]综上，迫切需要在一种能够实现主应力轴旋转的真实交通荷载模拟设备上建立一种真实交通荷载作用下路基永久变形模型，来研究路基永久变形发展规律
。

技术实现思路

[0010]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出路基永久变形模拟装置
、
试验方法及数据处理方法，基于应力主轴旋转对循环荷载作用下路基变形的作用和时间硬化概念对现有的永久变形预测模型进行改进，可以对多级循环加载下路基永久变形数据进行处理，转确预测多级循环加载下路基永久变形发展规律
。
[0011]本专利技术的第一个方面提供一种路基永久变形模拟装置的数据处理方法，应用于多级循环交通荷载下的路基永久变形数据的处理，所述方法包括：建立循环荷载作用下路基永久变形与循环荷载加载次数的第一关系式；基于应力主轴旋转对路基变形的影响对所建立的第一关系式进行修正，得到第二关系式；利用有效循环荷载次数基于时间硬化法对所述第二关系式进行修正，得到第三关系式；将获取的路基永久变形发展数据带入所述第三关系式，得到路基永久变形预测值
。
[0012]本专利技术的第二个方面提供一种路基永久变形模拟装置，用于多级循环交通荷载下的路基永久变形的试验模拟，包括：反力架
、
路基模型试验箱
、
监测组件和荷载加载系统；所述监测组件设置在所述路基模型试验箱内；所述荷载加载系统包括顶板
、
动态油缸
、
静态油缸
、
加载头
、
承压板和围压板；所述反力架的顶部与所述顶板连接，在所述反力架的下方设置所述路基模型试验箱；所述动态油缸倾斜设置在所述加载头与所述顶板之间，用于荷载的循环加载；所述加载头设置在所述承压板上方；所述静态油缸设置在所述顶板与所述围压板之间，用于模拟上覆荷载的循环加载；所述围压板和所述承压板分别与所述路基模型试验箱内路基表层接触
。
[0013]本专利技术的第三个方面提供一种路基永久变形模拟装置的试验方法，应用于上述的一种路基永久变形模拟装置，包括：基于静态油缸模拟重载铁路路基上部结构所产生的上覆荷载，确定静态油缸的加载谱；基于路基表面土壤单元的垂直法向应力和水平剪应力，建立所述承压板与路基表面之间作用力表示；根据动态油缸的力分解，以及所述承压板与路基表面之间作用力表示，确定动态油缸的加载谱；
根据所确定的静态油缸的加载谱和动态油缸的加载谱控制所述路基永久变形模拟装置的循环加载
。
[0014]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：在本专利技术中，基于应力主轴旋转对循环荷载作用下路基变形的作用和时间硬化概念对现有的永久变形预测模型进行改进，可以对多级循环加载下路基永久变形数据进行处理，准确预测多级循环加载下路基永久变形发展规律，为其他类似试验提供理论指导
。
[0015]在本专利技术中，动态油缸倾斜设置用于对路基模型试验箱加载循环荷载，静态油缸用于对路基模型试验箱模拟上覆荷载的循环加载，通过动态油缸和静态油缸联动的方式可以实现路基土单元的应力主轴旋转，复现交通荷载作用下路基动力响应情况，用于后续循环荷载作用下路基永久变形研究
。
[0016]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到
。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种路基永久变形模拟装置的数据处理方法，应用于多级循环交通荷载下的路基永久变形数据的处理，其特征在于，所述方法包括：建立循环荷载作用下路基永久变形与循环荷载加载次数的第一关系式；基于应力主轴旋转对路基变形的影响对所建立的第一关系式进行修正，得到第二关系式；利用有效循环荷载次数基于时间硬化法对所述第二关系式进行修正，得到第三关系式；将获取的路基永久变形发展数据带入所述第三关系式，得到路基永久变形预测值
。2.
如权利要求1所述的一种路基永久变形模拟装置的数据处理方法，其特征在于，包括：基于土单元水平切应力与竖向动应力的最大值对所述第一关系式进行修正
。3.
如权利要求1所述的一种路基永久变形模拟装置的数据处理方法，其特征在于，利用上一级动应力水平作用下所产生的永久变形计算当前动应力水平作用下产生相同应变所需要的循环加载次数作为等效循环荷载次数；利用等效循环荷载次数计算有效循环荷载次数，利用有效循环荷载次数基于时间硬化对所述第二关系式进行修正
。4.
如权利要求1所述的一种路基永久变形模拟装置的数据处理方法，其特征在于，利用上一级载荷施加完成后路基顶面所产生的永久变形数据对当前级载荷施加结束后路基表面所产生的永久变形进行修正
。5.
一种路基永久变形模拟装置，用于多级循环交通荷载下的路基永久变形的试验模拟，其特征在于，包括：反力架
、
路基模型试验箱
、
监测组件和荷载加载系统；所述监测组件设置在所述路基模型试验箱内；所述荷载加载系统包括顶板
、
动态油缸
、
静态油缸
、
加载头
、
承压板和围压板；所述反力架的顶部与所述顶板连接，在所述反力架的下方设置所述路基模...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔新壮，杜业峰，张小宁，郝建文，金青，包振昊，曹天才，张圣琦，李向阳，姜鹏，孙皓，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：