CN104483082A - 一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置及制作方法，包括能够与振动台连接的沙箱和设置在沙箱内的路堤模型，沙箱的有机玻璃和木板外设置有跟踪粒子和标尺，路堤模型相邻层的风积沙中的下层风积沙的长度大于上层风积沙，从而形成边坡，路堤模型设置有若干加速度传感器、土压力传感器和位移传感器；沙箱三个侧面上设置的跟踪粒子均对应设置有补充光源和摄像机，三台摄像机均连接计算机数据采集控制台，沙箱两侧使用有机玻璃板，进而使得试验现象更加容易观测；为了减轻沙箱的重量，避免试验资源的浪费，沙箱的一侧使用复合型木板，满足使用要求的同时最大程度的减小了箱体重量，方便了试验与运输，增加振动台振动效率。

Description

一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置及制作方法

技术领域

本发明属于专用器材领域，具体涉及一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置及制作方法。

背景技术

我国是一个多沙漠的国家，沙漠(地)主要分布在新疆、甘肃、内蒙古、宁夏、青海、吉林、辽宁、陕西及黑龙江等九省区。最著名的沙漠有：新疆塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠、准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠、内蒙古的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠、青海的柴达木盆地沙漠、陕西、宁夏与内蒙古三省区接壤的毛乌素沙漠等。由于沙漠地区主要分布西部偏远地区。该地区地域广阔，人烟烯少，土地荒芜。因此，二十世纪八十年代以前的公路主要为居住偏远分散的各民族人民的交通和联系服务，道路等级低，养护维修质量差，并经常受到沙埋、风蚀等病害的影响，中断交通的事故时有发生。受经济条件和对沙漠公路认识水平的限制，防沙埋及风蚀病害是当时公路工程建设中的主要技术问题。

近十几年来，随着我国经济建设的恢复和迅速发展，对西部边疆战略位置认识的加深，以及对西部地区矿产资源的勘探和逐步开发利用，沙漠地区的公路从道路等级到建设速度都有了质的飞跃。1996年，210国道陕西榆林过境线二级沙漠公路进入设计施工阶段，遇到很多填方高度大于3.0m的较高路堤，最高者达18.57m，5.0m至11.0m的路堤较普遍。随后的时间里，内蒙古地区也在研究和总结经验基础上相继修建了多条沙漠二级(或准二级)公路，例如国道109线、省道S214线、省道S101线、省道S304线及国道207线等。新疆地区古尔班通古特沙漠公路及塔中至且末沙漠三级公路也在近年内相继建成通车。2000年，我国第一条沙漠高速公路——榆林至靖边高速公路开工建设。该公路全长115.864km，路线位于陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠南缘的长城沿线风沙区。到目前为止，其它省区也有多条沙漠等级公路已建成或正在建设中。

然而，我国地处环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带交汇处，有80％的国土位移VI度以上烈度区，有60％的国土、50％的城市、67％的大城市位移VII度及以上烈度区，2000年至今，我国共发生地震2万余次，其中6级以上强震有230余次，地震灾害发生的特点也在逐步发生变化。例如，强震次数增多，西部人口稠密区发生地震概率加大，人口伤亡和经济损失严重，沙漠地区地震次数增加等。地震的发生虽然为偶然事件,发生频率不是很大,但是一旦发生所造成的破坏却是灾难性的,对于高等级公路也不例外，路堤是公路最普遍的结构，具有量多面广的特点，一是遭到震害，其破坏是普遍性的，其震害对整个公路而言，不比桥梁等关键结构差。因此，为了我国沙漠高速公路事业的长远发展，开展路堤结构在地震动荷载作用下动力响应特点的研究是沙漠公路行业目前迫切需要解决的问题。但是目前国内对高填方沙漠公路抗震性能的研究还处于空白状态。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置及制作方法，分析比较不同因素对地震荷载作用下的路堤边坡的稳定性影响，同时分析研究高边坡路堤在地震荷载作用下的动力响应变化规律。

为了达到上述目的，一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，包括能够与振动台连接的沙箱和设置在沙箱内的路堤模型；

所述沙箱包括矩形底板，底板的四角上均设置有与底板垂直的四角立柱，底板上一组相向边上均设置有与四角立柱等高的有机玻璃，底板的另外一个边上设置有木板，有机玻璃和木板外设置有跟踪粒子和标尺；

所述路堤模型包括置于沙箱底板上的沙层，以及设置在沙层的若干层风积沙，相邻层的风积沙中的下层风积沙的长度大于上层风积沙，从而形成边坡，风积沙的垂直面上从内到外设置有塑料薄膜和防水海绵，防水海绵与木板接触；

所述相邻层风积沙间设置有若干加速度传感器，顶层风积沙下方和边坡下方设置有土压力传感器，顶层风积沙上方和包边材料上方设置有位移传感器；

所述沙箱三个侧面上设置的跟踪粒子均对应设置有补充光源和摄像机，三台摄像机均连接计算机数据采集控制台。

所述底板上设置有钢板，钢板上竖直设置有若干钢片。

所述底板上设置有有机玻璃的边上对应设置有支撑立柱，对应的支撑立柱上设置有加强筋，有机玻璃和木板的外侧也设置有加强筋。

所述路堤模型的沙层与底板间设置有碎石层。

所述若干层风积沙形成的边坡为斜面或从上到下依次增大的台阶面。

所述若干层风积沙所组成的边坡上覆盖有包边材料。

所述加速度传感器采用压电式传感器东华DH301；土压力传感器采用DBY-1型侧出线传感器；位移传感器采用拉线式的，型号为开思KS20-200-05-C12。

一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一：首先制作沙箱，沙箱的一组相向面为有机玻璃，另外一个面为木板，其次，选取风积沙地区的沙样，先在沙箱底部铺设沙层2-1，再采用分层压实的方式一层一层的铺设风积沙，并将风积沙夯实，控制压实度及含水量；

步骤二：在木板侧设置防水海绵，防水海绵表层覆盖塑料薄膜，在有机玻璃和木板外设置标尺；

步骤三：在路堤模型的表面固定颜色鲜艳的圆形塑料薄片，作为跟踪粒子；

步骤四：将传感器装入有机玻璃盒内，埋入路堤模型中；

步骤五：将振动台的三侧设置摄像机和补充光源，三台摄像机与计算机数据采集控制台连接，将沙箱固定于振动台上，并将跟踪粒子对应摄像机和补充光源，开启振动台，开始测试。

所述步骤一中，在沙箱底部先铺设碎石层，在铺设沙层。

与现有技术相比，本发明采用三面封闭一面开口是设计，使路堤模型边坡制作过程中更加方便，传感器安装更加快捷，为了配合PIV技术的实现，沙箱两侧使用有机玻璃板，进而使得试验现象更加容易观测，通过使用PIV技术，使本装置具有较高的测量精度；为了减轻沙箱的重量，避免试验资源的浪费，沙箱的一侧使用复合型木板，真正的做到了满足使用要求的同时最大程度的减小了箱体重量，方便了试验与运输，增加振动台振动效率。

进一步的，本发明在钢板上竖直设置有若干钢片，增加路堤模型与箱体底座之间的摩擦力。

进一步的，本发明设置有加强筋，能够防止该装置在吊装运输及激振过程中框架产生变形。

进一步的，本发明设置有碎石层，增加路堤模型与沙箱底部的摩擦。

进一步的，本发明的边坡能够为两种结构，提高了本装置的适用性。

进一步的，本发明设置有包边材料，能够测试坡率相同时，有粘土包边与无包边措施两种情况下，边坡在地震荷载作用下的稳定性。

附图说明

图1为本发明的现场平面布置图；

图2为本发明沙箱的俯视图；

图3为本发明路堤模型的结构示意图；

图4为本发明路堤模型实施例1的示意图；

图5为本发明路堤模型实施例2的示意图；

图6为本发明路堤模型的传感器布置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参加图1、图2和图3，一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，包括能够与振动台连接的沙箱1和设置在沙箱内的路堤模型2；沙箱1包括矩形底板1-1，底板1-1上设置有钢板，钢板上竖直设置有若干钢片，底板1-1的四角上均设置有与底板1-1垂直的四角立柱1-2，底板1-1上一组相向边上均设置有与四角立柱1-2等高的有机玻璃1-3，底板1-1的另外一个边上设置有木板1-4，有机玻璃1-3和木板1-4外设置有跟踪粒子3和标尺5；底板1-1上设置有有机玻璃1-3的边上对应设置有支撑立柱1-5，对应的支撑立柱1-5上设置有加强筋1-6，有机玻璃1-3和木板1-4的外侧也设置有加强筋。路堤模型2包括置于沙箱底板1-1上的沙层2-1，路堤模型的沙层2-1与底板1-1间设置有碎石层2-9，以及设置在沙层2-1的若干层风积沙2-4，相邻层的风积沙2-4中的下层风积沙2-4的长度大于上层风积沙2-4，从而形成边坡，边坡为斜面或从上到下依次增大的台阶面，边坡上覆盖有包边材料2-5，风积沙2-4的垂直面上从内到外设置有塑料薄膜2-2和防水海绵2-3，防水海绵2-3与木板1-4接触；

参加图6，相邻层风积沙2-4间设置有若干加速度传感器2-6，顶层风积沙下方和边坡下方设置有土压力传感器2-7，顶层风积沙上方和包边材料2-5上方设置有位移传感器2-8；加速度传感器2-6采用压电式传感器东华DH301；土压力传感器2-7采用DBY-1型侧出线传感器；位移传感器2-8采用拉线式的，型号为开思KS20-200-05-C12。沙箱1三个侧面上设置的跟踪粒子3均对应设置有补充光源6和摄像机7，三台摄像机7均连接计算机数据采集控制台。

一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一：首先制作沙箱1，沙箱1的一组相向面为有机玻璃1-3，另外一个面为木板1-4，其次，选取风积沙地区的沙样，先在沙箱底部铺设碎石层2-9，碎石层2-9上铺设沙层2-1，再采用分层压实的方式一层一层的铺设风积2-4沙，并将风积沙2-4夯实，控制压实度及含水量；

步骤二：在木板1-4侧设置防水海绵2-3，防水海绵2-3表层覆盖塑料薄膜2-2，在有机玻璃1-3和木板1-4外设置标尺5；

步骤三：在路堤模型的表面固定颜色鲜艳的圆形塑料薄片，作为跟踪粒子3；

步骤四：将传感器装入有机玻璃盒内，埋入路堤模型中；

步骤五：将振动台的三侧设置摄像机和补充光源，三台摄像机与计算机数据采集控制台连接，将沙箱1固定于振动台上，并将跟踪粒子3对应摄像机7和补充光源6，开启振动台，开始测试。

实施例1：

步骤一：首先制作沙箱1，沙箱1的一组相向面为有机玻璃1-3，另外一个面为木板1-4，其次，选取风积沙地区的沙样，先在沙箱底部铺设碎石层2-9，碎石层2-9上铺设沙层2-1，再采用分层压实的方式一层一层的铺设风积2-4沙，并将风积沙2-4夯实，控制压实度及含水量，利用L型挡板2-10辅助边坡压实，先把模型制作成阶梯状，再利用切削到切削成型，带有包边层的边坡制作采用两填两削的方式成型，第一次填筑路堤部分后，削掉多余的砂土，第二次加入包边材料进行填筑压实，再削掉多余包边层材料，最终包边后的边坡成型；

步骤二：在木板1-4侧设置防水海绵2-3，防水海绵2-3表层覆盖塑料薄膜2-2，在有机玻璃1-3和木板1-4外设置标尺5；

步骤三：在有机玻璃1-3上标记出各层的填筑厚度及边坡坡度的轮廓线，将各层填筑料按照画好的线分层填筑成型，带有粘土包边的边坡，边坡部分风积沙与包边粘土分别画出各自的轮廓线，按线填筑压实；

步骤四：在路堤模型的表面固定颜色鲜艳的圆形塑料薄片，作为跟踪粒子3；

步骤五：将传感器装入有机玻璃盒内，埋入路堤模型中；

步骤六：将振动台的三侧设置摄像机和补充光源，三台摄像机与计算机数据采集控制台连接，将沙箱1固定于振动台上，并将跟踪粒子3对应摄像机7和补充光源6，开启振动台，开始测试。

实施例2：

步骤一：首先制作沙箱1，沙箱1的一组相向面为有机玻璃1-3，另外一个面为木板1-4，其次，选取风积沙地区的沙样，先在沙箱底部铺设碎石层2-9，碎石层2-9上铺设沙层2-1，再采用分层压实的方式一层一层的铺设风积2-4沙，并将风积沙2-4夯实，控制压实度及含水量；

步骤二：在木板1-4侧设置防水海绵2-3，防水海绵2-3表层覆盖塑料薄膜2-2，在有机玻璃1-3和木板1-4外设置标尺5；

步骤三：在有机玻璃1-3上标记出各层的填筑厚度及边坡坡度的轮廓线，将各层填筑料按照画好的线分层填筑成型，带有粘土包边的边坡，边坡部分风积沙与包边粘土分别画出各自的轮廓线，按线填筑压实；

步骤四：在路堤模型的表面固定颜色鲜艳的圆形塑料薄片，作为跟踪粒子3；

步骤五：将传感器装入有机玻璃盒内，埋入路堤模型中；

步骤六：将振动台的三侧设置摄像机和补充光源，三台摄像机与计算机数据采集控制台连接，将沙箱1固定于振动台上，并将跟踪粒子3对应摄像机7和补充光源6，开启振动台，开始测试。

实施例3：

一、模型箱的设计及制作

(1)本试验采用三面封闭一面开口的刚性模型箱，模型箱尺寸约1960*1700*800(长*宽*高)，采用40*3型的等边角钢做框架，两侧安装20mm厚的有机玻璃，另一侧安装20mm厚的复合型木板；采用100*100*3(长*宽*高)型H钢做底座，底座上铺设2mm厚钢板,钢板上不均匀随机竖向焊接小钢片，目的是为了增加路堤模型与箱体底座之间的摩擦力；模型箱底座与振动台之间通过螺栓连接，底座H型钢上切有用于固定螺栓的开口。为防止模型箱在吊装运输及激振过程中框架产生变形,在模型箱上部及木板箱壁处增设加强筋，加强筋通过螺栓与框架连接。

2模型的设计及制作

(1)模型尺寸及路面荷载的估算

本试验设计原型路堤高度21米，包边层厚度取100cm,路面荷载估算以长春至深圳高速公路新民至鲁北联络线好力堡至通辽段沙漠高速路面结构为依据进行估算，其中水泥稳定土层40cm(20cm，20cm),比重2.2～2.3；沥青混凝土层为16cm(7cm,5cm,4cm),比重2.4～2.5，由此可知原型路面结构平均比重2.3～2.4。模型路面荷载采用0～2.36mm砂石料施加，砂石料与路堤模型上表面用聚乙烯塑料薄膜分隔。由于条件有限，本模型采用1:30的比例进行制作与试验，三组模型的具体尺寸及参数见表1。

表1模型尺寸参数情况表

其中，模型用料均为试验前统一配置，材料物理性质及力学性质完全相同。本试验共需1个模型箱，试验制作3个模型。主要的目的是为了对比研究：

①坡率相同时，有粘土包边与无包边措施两种情况下，边坡在地震荷载作用下的稳定性；

②相同厚度粘土包边时，不同坡率对路堤在地震荷载下的稳定性的影响情况；

③无包边措施时，改变坡率，分析在地震荷载作用下边坡的稳定性；

④分析高边坡路堤在地震荷载作用下不同位置对地震荷载的动力响应；

(2)路堤边坡的制作

模型路堤制作前首先要安装并调整模型箱，确保箱体结构的稳定性，根据路堤填料配置方案进行模型用料的配置工作。路堤边坡采用分层压实的方式，一层一层的铺设，每层厚度100mm。利用夯实板、重锤等工具填料夯实，控制压实度及含水率，利用新型脚踩式静压取土器取土检测每层填料的压实度。为了减小边界对模型试验的影响，在木板侧安装10mm厚的防水海绵，模型箱内衬材料选用表面相对光滑的材料，使在与其它物体接触时摩擦力较小，从而能够较真实的反映实际结构的工作状态，因此在防水海绵表层衬一层聚乙烯塑料薄膜。在聚乙烯内壁设置竖向标尺,用于监测填土深度和确定传感器埋置的位置；为了增加模型与模型箱底部的摩擦，在模型箱底部铺20mm厚的一层碎石。

边坡成型方式采用直接填筑法，在有机玻璃上用记号笔画出各层的填筑厚度及边坡坡度的轮廓线，各层填筑料按照画好的线分层填筑成型。带有粘土包边的边坡，边坡部分风积沙与包边粘土分别画出各自的轮廓线，按线填筑压实。

边坡模型制作完毕后，在其表面固定颜色鲜艳的圆形塑料薄片，以圆形塑料薄片作为追踪粒子，追踪边坡土体在振动前后运动的规律和坡体破坏时的相对位置。为了便于通过有机玻璃观测路堤内部土体运动规律及破坏情况，在不影响土体基本物理力学性质及动力特性的情况下，对部分模型配置材料进行染色，通过有色粒子的运动规律判断路堤内部土体的运动趋势，同时也为图片资料的采集分析提供方便。

(3)传感器的布置及埋设

本试验采用加速度传感器。每组加速度传感器共需16个，在粘土包边情况下，编号为NA1～NA21；无包边措施情况下编号为WA1～WA21；另外，ZA1、ZA2、ZA3安装固定在振动台上；MA1、MA2、MA3安装在模型箱底座上。考虑到加速度传感器的防潮以及在试验振动过程中由于传感器倾斜造成测量误差，在埋入土中前要装入特别定制的有机玻璃盒内，埋设前要经过严格的计算，使传感器取代等体积相同质量的土，防止振动过程中土体与传感器不同步的问题。同时在每个传感器四周10cm范围内用染色沙进行填筑，目的是为了试验结束后传感器回收提供方便，再回收挖掘时，遇到染色沙土，放慢挖掘速度，小心取出传感器。传感器编号具体在模型上对应的情况见表2。

表2传感器在模型上的编号情况表

(4)位移的测定

地震位移响应是路堤结构重要震害特征之一,地震作用下位移的大小是进行路堤安全性评价的重要依据之一,为震后路堤的修复加固技术方案的选择提供重要依据,因此在地震荷载作用下,填方路堤可能发生的地震残余变形和位移是人们十分关心的问题。

在振动台试验研究领域，采用什么类型的位移传感器、怎样布设、以及如何利用位移传感器准确的测出路堤土体在振动过程中的真实运动情况仍然是个难题。位移传感器埋设位置一旦确定就很难随意改动，这样对路堤内土体的一些不可预见性的位移变化，会错过采样机会。另外，位移传感器测到的是路堤土体内单点的位移变化，这一点的位移变化是否有代表性也是很难确定的。

基于以上分析，本试验采用高清数字图像处理技术对路堤内土体位移变化进行追踪观测，利用高清数码摄像机进行全程摄像的同时，在每组地震荷载作用后，利用高清高倍数码照相机进行全方位的图片采集，对路堤表面及边坡表面发生异常情况的部位利用高清数字电子显微镜进行观测、记录。最终，对采集到的资料进行分类整合、分析，从宏观到微观全方位的对路堤位移变化规律进行研究总结。

二、仪器设备

试验所用振动台为：西安建筑科技大学结构与抗震实验室2m×2.2m数字地震模拟振动台，主要应用于建筑结构、设备(核电、高压电气)等领域的抗震性能研究。

三、试验方法及地震波的选取

(1)本试验共需要做3组，由于只有1个模型箱，必须在前一组模型试验采集信号完毕方可制作下一组模型。模型主要通过人工填料的方式制作，制作完毕后进行振动台试验采集数据，采集完毕后，移除路堤模型，回收传感器，制作下一组模型。加载地震波全过程有数码摄像机跟踪记录，并有高清数码照相机对模型边坡破坏情况进行跟拍，力争全面准确的记录模型在动荷载作用下的表面破坏情况，为数据分析提供支持。

(2)地震波的选取及加载制度

本次振动台试验,输入的地震波分别为EL Centre波和兰州波,为了探讨输入地震波强度的影响,同时找到路基结构开始出现裂缝变形的临界加速度峰值和造成坡体失稳破坏的临界加速度值,试验中对每种地震波进行逐级递增加载。试验开始前,应先对每个模型进行小振幅的白噪声微振,如果在微振作用下,振动台、模型箱及箱内土体能一起运动,则证明模型制作较好。确定模型性能良好后,方可进行试验,具体的加载制度如表3所示。

表3振动台模型试验加载制度

四、试验目标

成功顺利完成3个模型的振动台试验，根据试验过程中采集到的数据进行分析整理，找到影响模型路堤稳定性的主要因素，总结不同包边材料对路堤稳定性的影响，提出一种稳定，节约的路堤边坡模型，为工程实际提供参考。

传感器的防护：

由于传感器属于高精密测量仪器，价格昂贵，因此对传感器的防护不容忽视。在整个实验过程中，三个环节会对传感器造成伤害，分别是试验前的埋设阶段、试验中的等待阶段、试验后的回收阶段。主要防护如下：

第一，实验前轻拿轻放，埋设时尽量减少震动，可在预埋设位置用等体积木块代替，待本层沙击实后取出木块放入传感器，填充多余缝隙，轻轻压实。

第二，从传感器埋设到回收，需要的周期很长，考虑到传感器的防潮以及在试验振动过程中由于传感器倾斜造成测量误差，在埋入土中前加速度传感器要装入特别定制的有机玻璃盒内，埋设前要经过严格的计算，使传感器取代等体积相同质量的土，防止振动过程中土体与传感器不同步的问题；位移传感器用薄塑料膜包裹防止受潮；用略粗于各传感器数据线的保护软管套保护数据线，长度以伸出路堤模型为标准。

第三，埋设传感器时，在每个传感器上部10cm范围内用染色沙进行填筑，目的是为了试验结束后传感器回收提供方便，再回收挖掘时，遇到染色沙土，放慢挖掘速度，小心取出传感器。

PIV全名：Particle image velocimetry,又称粒子图像测速法，是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，PIV技术的特点是超出了单点测速技术(如CTA、LDA)的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。PIV技术除向流场散布示踪粒子外，所有测量装置并不介入流场。另外PIV技术具有较高的测量精度。由于PIV技术的上述优点，已成为当今流体力学测量研究中的热门课题，因而日益得到重视。PIV技术最初被应用在流体力学的试验领域中，在该领域中正在被广泛应用。而土体的变形也可以看作一个低速流动的过程，所以可以将PIV方法引入到土工试验中。根据有关文献，以往PIV在岩土工程领域的应用大都限于静态边界流场的研究，而该技术在大型振动台模型试验中的应用则较少。

1、应用振动台模型试验的方法来分析研究风积沙高填方路堤在地震荷载下的稳定性，同时配合PIV技术使模型试验更加完善，结果更加直观、具体。试验效果更加立体，更容易被非专业人士理解跟接受。

2、试验专用模型箱的设计及制作。第一，采用三面封闭一面开口是设计，目的是模型边坡制作过程中更加方便，传感器安装更加快捷，为了配合PIV技术的实现，模型箱两侧使用有机玻璃板，进而使得试验现象更加容易观测；第二，为了减轻模型箱的重量，避免试验资源的浪费，模型箱的一侧使用复合型木板，真正的做到了满足使用要求的同时最大程度的减小了箱体重量，方便了试验与运输，增加振动台振动效率。

3、试验现场平面布置。为了更加准确的采集数据，合理的现场布置必不可少，包括现场高清数码摄像机、MVC高分辨率摄像头、高清数码单反相机、标尺及现场补充光源等试验器材的布设方式，布设位置等。

4、传感器的保护方式。包括加速度传感器专用有机玻璃盒的定制，上部染色材料的铺设，传感器数据线在模型内的保护套的安装等。

Claims (9)

1.一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：包括能够与振动台连接的沙箱(1)和设置在沙箱内的路堤模型(2)；

所述沙箱(1)包括矩形底板(1-1)，底板(1-1)的四角上均设置有与底板(1-1)垂直的四角立柱(1-2)，底板(1-1)上一组相向边上均设置有与四角立柱(1-2)等高的有机玻璃(1-3)，底板(1-1)的另外一个边上设置有木板(1-4)，有机玻璃(1-3)和木板(1-4)外设置有跟踪粒子(3)和标尺(5)；

所述路堤模型(2)包括置于沙箱底板(1-1)上的沙层(2-1)，以及设置在沙层(2-1)的若干层风积沙(2-4)，相邻层的风积沙(2-4)中的下层风积沙(2-4)的长度大于上层风积沙(2-4)，从而形成边坡，风积沙(2-4)的垂直面上从内到外设置有塑料薄膜(2-2)和防水海绵(2-3)，防水海绵(2-3)与木板(1-4)接触；

所述相邻层风积沙(2-4)间设置有若干加速度传感器(2-6)，顶层风积沙下方和边坡下方设置有土压力传感器(2-7)，顶层风积沙上方和包边材料(2-5)上方设置有位移传感器(2-8)；

所述沙箱(1)三个侧面上设置的跟踪粒子(3)均对应设置有补充光源(6)和摄像机(7)，三台摄像机(7)均连接计算机数据采集控制台。

2.根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：所述底板(1-1)上设置有钢板，钢板上竖直设置有若干钢片。

3.根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：所述底板(1-1)上设置有有机玻璃(1-3)的边上对应设置有支撑立柱(1-5)，对应的支撑立柱(1-5)上设置有加强筋(1-6)，有机玻璃(1-3)和木板(1-4)的外侧也设置有加强筋。

4.根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：所述路堤模型的沙层(2-1)与底板(1-1)间设置有碎石层(2-9)。

5.根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：所述若干层风积沙(2-4)形成的边坡为斜面或从上到下依次增大的台阶面。

6.根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：所述若干层风积沙(2-4)所组成的边坡上覆盖有包边材料(2-5)。

7.根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：所述加速度传感器(2-6)采用压电式传感器东华DH301；土压力传感器(2-7)采用DBY-1型侧出线传感器；位移传感器(2-8)采用拉线式的，型号为开思KS20-200-05-C12。

8.权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：首先制作沙箱(1)，沙箱(1)的一组相向面为有机玻璃(1-3)，另外一个面为木板(1-4)，其次，选取风积沙地区的沙样，先在沙箱底部铺设沙层2-1，再采用分层压实的方式一层一层的铺设风积沙(2-4)，并将风积沙(2-4)夯实，控制压实度及含水量；

步骤二：在木板(1-4)侧设置防水海绵(2-3)，防水海绵(2-3)表层覆盖塑料薄膜(2-2)，在有机玻璃(1-3)和木板(1-4)外设置标尺(5)；

步骤三：在路堤模型的表面固定颜色鲜艳的圆形塑料薄片，作为跟踪粒子(3)；

步骤四：将传感器装入有机玻璃盒内，埋入路堤模型中；

步骤五：将振动台的三侧设置摄像机和补充光源，三台摄像机与计算机数据采集控制台连接，将沙箱(1)固定于振动台上，并将跟踪粒子(3)对应摄像机(7)和补充光源(6)，开启振动台，开始测试。

9.根据权利要求8所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置的实验方法，其特征在于：所述步骤一中，在沙箱(1)底部先铺设碎石层(2-9)，在铺设沙层。