CN105444731B - 一种交通荷载下路基变形监测模型装置和实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交通荷载下路基变形监测模型装置和实验方法，属于交通工程领域。本发明可以通过改变转轮转速模拟不同速度要求的交通荷载；通过竖向加载装置模拟车流量量大小；通过模型箱刻度参照以及摄影测量设备，观测模型箱内路基的沉降。为方便观测，可对地基土进行分层，层间铺设彩粉，并通过钢化玻璃上刻度进行对比，便于观测各层沉降变化。由埋设在地基内部的土压力盒和加速度传感器通过数据采集器采集数据，可作为地基土的动力响应分析。本发明可根据不同的加载方式和车轮转速来模拟不同种类公路的不同交通流量大小，其操作简单，方便实用，加强了国内在模拟交通荷载室内实验装置上的不足。

Description

一种交通荷载下路基变形监测模型装置和实验方法

技术领域

本发明涉及一种交通荷载下路基变形监测模型装置和实验方法，属于交通工程技术领域。

背景技术

随着我国城市交通的高速发展，交通荷载所引起的岩土工程问题越来越为人们所重视。但是现在国内的交通荷载室内试验方法大多归为两类：一是通过动三轴试验对路基土土体的动态分析；二是通过低频伺服加载器的震动试验来进行对交通荷载的模拟。这两类实验原理都是通过模拟交通荷载的震动波形的形式来进行模拟试验，没有缩尺的交通荷载实体进行试验。本发明则恰恰填补了这一空白。本发明将水平方向的车流改成圆周运动，恰好利用电机的高转速模拟出不同速度的车速，而竖向的加载系统则通过对路面施加的压力来模拟车流量的大小。本装置能用于路面和路基或基坑等的沉降稳定监测和分析，尤其是可用于交通荷载作用下的沉降和动态分析，也可用于实际工程模型检验和动态响应分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种交通荷载下路基变形监测模型装置及其实验方法。

所述的检测技术是：通过摄影测量设备，参照钢化玻璃上刻度，对路面和路基的沉降进行观察和数据记录，而固定在两侧支架上的位移计则是测量路面的沉降量；埋置在路基内的土压力盒和加速度传感器采集的相关数据则用来进行地基动力响应分析。

本发明目的是这样实现的：

本发明的试验过程需要液压系统和循环系统共同参与才能进行，液压系统提供竖向荷载，循环装置通过与路面的接触来提供震动效果。放置在路基模型表面和内部的检测装置用来采集相关动态数据，最后再进行反馈整理分析。

本发明的交通荷载下路基变形监测模型装置由模型系统、检测系统、液压系统、循环系统组成；

所述的模型系统包括路基模型，所述路基模型置于有水平刻度线的钢化玻璃箱内，所述钢化玻璃箱没有顶面，固定在支架上；

所述的循环系统包括循环系统外壳和三相异步电机，所述循环系统外壳没有底面，所述三相异步电机固定于循环系统外壳的内壁，三相异步电机通过两条传送带连接两个滚轮，所述滚轮置于路基模型的路面上方，并且所述滚轮的轴固定连接循环系统外壳的顶面；

所述的监测系统包括埋在路基模型内部的土压力盒和加速度传感器，固定在支架两侧的位移计，所述的土压力盒和加速度传感器与控制电脑连接；

所述的液压系统包括连接固定于支架顶部的伺服作动臂和压力传感器、位移传感器，所述压力传感器和位移传感器与控制电脑连接，所述伺服作动臂在电器系统、液压缸、伺服阀和继电器作用下竖直方向移动，所述伺服作动臂连接于循环系统外壳上。

所述的电器系统包括电器柜、散热器和油泵。

本发明装置的工作原理是：

本装置利用液压系统提供竖向荷载，其伺服作动臂可以通过循环系统进行固定位置或施加不同大小竖向荷载力值，模拟固定车流量的大小；也可以通过改变荷载的大小，来模拟交通流量的改变。循环系统则通过电机提供转速来模拟车流量的速度，不同的速度和不同的车流量对路面有不同的震动频率。

上述交通荷载下路基变形监测模型装置的实验方法，包括以下步骤：

①按照模拟路基要求，在钢化玻璃箱内分层铺设路基，期间铺设加速度传感器和土压力盒，铺设好路基模型后，在支架上安置位移计，记录好位移计和刻度线上初始值；

②调试监测系统，检查是否能正常工作，通过控制电脑将数据清零，做好初始记录；

③通过控制电脑控制伺服作动臂下降，使滚轮刚刚接触到路基模型路面，再开启循环系统，使三相异步电机带动滚轮转动。

④根据模拟的不同公路类型和流量，通过液压系统调节竖向荷载，通过循环系统调节不同转速；定时记录位移计和刻度线的读数，控制电脑会实时记录加速度传感器和土压力盒的数据变化。

⑤前后记录的读数进行计算处理即可得到路基模型的变形数据、动态数据；根据这些数据进行动态分析。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、现在国内的大多数交通荷载模型试验是通过动三轴和低频伺服加载器模拟交通荷载振动波形来进行近似试验，没有直接能够施加具体交通荷载的试验装置和方法，而本发明则可以通过竖向荷载施加和滚轮的转动来直接模拟公路交通流量，补全了国内交通荷载室内缩尺试验的空白。

2、液压系统能够对模型施加持续稳定的压力和位移，循环系统能随时改变和稳定转速。

3、试验现象易于观察，数据有对比，减少误差，精度较高；

4、可用于模拟不同公路路况，和不同车流车速大小。且在室内进行，操作简单，试验可靠。

附图说明

图1是本装置的结构示意图。

图2是本装置循环系统结构示意简图。

图中：

10—液压系统，

11—伺服作动臂，12—液压缸，13—压力传感器，14—位移传感器，

15—伺服阀，16—继电器；51—电器柜，52—散热器，53—油泵；

20—循环系统，

21—三相异步电机，22—传动带，23—滚轮，24—循环系统外壳；

30—模型系统，

31—路基模型，32—钢化玻璃箱，33—刻度线，34—支架；

40—监测系统，

41—位移计，42—土压力盒，43—加速度传感器，44—控制电脑。

具体实施方式

本发明的交通荷载下路基变形监测模型装置由模型系统、检测系统、液压系统、循环系统组成；

钢化玻璃箱放置在水平地面上，支架固定在钢化玻璃箱两侧，在钢化玻璃箱内设置有路基模型，钢化玻璃上标记有刻度线，便于观测路基的沉降，构成模型系统；

铺设基础时，需要将土压力盒和加速度传感器放置在基础内部、路面以下。路面铺设完毕后，将位移计固定在支架两侧，用来观测路面的局部沉降，这些构成监测系统；

液压系统固定在支架顶部，伺服作动臂连接到循环系统，伺服作动臂的位移控制由液压缸、伺服阀和继电器共同参与，内部设置有压力传感器和位移传感器，用来控制竖直方向上的力和位移的变化，这些构成液压系统；

伺服作动臂连接到循环系统，三相异步电机通过两条传送带接连到两个滚轮，构成循环系统；

上述交通荷载下路基变形监测模型装置的实验方法，包括以下步骤：

①在钢化玻璃箱内铺设路基的时，应按相关要求分层压铺设，期间铺设加速度传感器和土压力盒，其放置数量和铺设间距可根据用户不同需求自行改变。再铺设好路面后，在支座上安置位移计，记录好位移计和刻度尺上初始度数和刻度。

②调试采集装置，检查是否能正常工作，通过控制电脑将数据清零。做好初始记录。

③开启总电源，通过控制电脑控制伺服作动臂下降，使滚轮刚刚接触到路基模型路面，这时再开启循环系统，使电机带动滚轮转动。根据不同试验模拟的不同公路类型和流量，所施加的荷载和转速不同。

④试验过程中，可以通过实时改变竖向荷载和滚轮转速，模拟交通流量的变化，定时记录位移计和刻度尺的读数，刻度尺可以根据摄影技术来记录，控制电脑会实时记录加速度传感器和土压力盒的数据变化。

⑤对前后记录的坐标进行计算处理即可得到模型的变形数据、动态数据；根据这些数据进行动态分析。

本模型装置主要针对基础沉降和动态分析研究设计的，在钢化玻璃箱中按一定缩尺比例填筑模型；分层填土，并且分层压实，控制压实度，按照公路路基设计规范相关规定确定。填料含水率根据具体试验方案要求确定。在填筑过程中分层布设土压力盒和加速度传感器，通过土压力盒监测加载后各层土压力，通过加速度传感器用来检测交通荷载对土体的动荷载。钢化玻璃箱的观测面上刻有以1毫米为单位的刻度，量程与钢化玻璃箱同高，基础的各层变形和沉降，通过摄影测量的方式来记录。支架两侧也设置有位移计，用来检测路面的局部沉降。通过对上述数据进行综合整理，以便分析交通荷载下路基的动力响应。

Claims (3)

1.一种交通荷载下路基变形监测模型装置， 其特征在于，由模型系统、检测系统、液压系统、循环系统组成；

所述的模型系统包括路基模型，所述路基模型置于有水平刻度线的钢化玻璃箱内，所述钢化玻璃箱没有顶面，固定在支架上；

所述的循环系统包括循环系统外壳和三相异步电机，所述循环系统外壳没有底面，所述三相异步电机固定于循环系统外壳的内壁，三相异步电机通过两条传送带连接两个滚轮，所述滚轮置于路基模型的路面上方，并且所述滚轮的轴固定连接循环系统外壳的顶面；

所述的监测系统包括埋在路基模型内部的土压力盒和加速度传感器，固定在支架两侧的位移计，所述的土压力盒和加速度传感器与控制电脑连接；

所述的液压系统包括连接固定于支架顶部的伺服作动臂和压力传感器、位移传感器，所述压力传感器和位移传感器与控制电脑连接，所述伺服作动臂在电器系统、液压缸、伺服阀和继电器作用下竖直方向移动，所述伺服作动臂连接于循环系统外壳上。

2.根据权利要求1所述的交通荷载下路基变形监测模型装置， 其特征在于，所述的电器系统包括电器柜、散热器和油泵。

3.权利要求1所述的交通荷载下路基变形监测模型装置的实验方法，包括以下步骤：

①按照模拟路基要求，在钢化玻璃箱内分层铺设路基，期间铺设加速度传感器和土压力盒，铺设好路基模型后，在支架上安置位移计，记录好位移计和刻度线上初始值；

②调试监测系统，检查是否能正常工作，通过控制电脑将数据清零，做好初始记录；

③通过控制电脑控制伺服作动臂下降，使滚轮刚刚接触到路基模型路面，再开启循环系统，使三相异步电机带动滚轮转动；

④根据模拟的不同公路类型和流量，通过液压系统调节竖向荷载，通过循环系统调节不同转速；定时记录位移计和刻度线的读数，控制电脑会实时记录加速度传感器和土压力盒的数据变化；

⑤前后记录的读数进行计算处理即可得到路基模型的变形数据、动态数据；根据这些数据进行动态分析。