CN109374855A - 一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置和试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置和试验方法。所述模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置包括轴向加载架、反力架、水循环模型箱和升降式弹性基座；所述轴向加载架包括加载架顶板、加载架底板、以及支撑立柱、振动装置、以及加载机构；所述反力架包括压板、连接在压板和加载架底板之间的加压柱；所述加压柱穿过所述加载架顶板；所述升降式弹性基座安装在加载架底板的上表面，所述加载机构与升降式弹性基座之间安装有水循环模型箱；所述水循环模型箱包括模型箱，储水室，以及土样存储腔，所述储水室和土样存储腔之间通过透水板隔开；所述加载机构的底部为伸入所述土样存储腔内可竖向移动的加载板。本发明可以同时开展模拟动荷载、水分条件和土体物理特性多种组合形式下的模型试验。

Description

一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置和试验方法

技术领域

本发明涉及一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置和试验方法。

背景技术

路基是铁路线路的重要组成部分，其作用是承受列车动荷载和上部结构荷载。路基基床翻浆冒泥是铁路轨道的一种新型病害，对线路运营的安全性和舒适性具有重要的影响。翻浆冒泥病害现象的发生，不仅可能引起路基的不均匀沉降，影响列车的正常运行，增加线路的维护费用，严重时还可能对列车运行构成极大地安全隐患。

目前国内外学者普遍认为，路基填土颗粒材料的物理力学特性是形成翻浆冒泥病害现象的内因，列车动荷载作用是路基产生翻浆冒泥病害的外因，水是翻浆冒泥病害现象发生的诱发因素，但是对于铁路路基翻浆冒泥病害的作用特性和发生的机理问题并未得到一个统一、可信的结论。特别地，水作为路基产生翻浆冒泥现象的主要诱发因素之一，充分研究土体在动荷载作用下，水分在土体颗粒间的迁移形式、迁移规律和迁移影响因素对翻浆冒泥病害现象的机理认知将具有重要意义，为进一步提出切实有效的翻浆冒泥病害的治理措施和整治技术方案将具有重要的意义。

中国专利申请公开号CN106771076A和CN206399943U公开了一种高速铁路无砟轨道路基翻浆冒泥试验系统，包括轨道-路基结构模型、高速列车荷载模拟加载装置、雨水滴浸装置和测量与观测装置。轨道-路基结构模型为双向预应力钢筋混凝土结构；高速列车荷载模拟加载装置包括多个作动器；雨水滴浸装置包括储水箱以及支撑层侧面滴水部件和轨道板上钻孔浸水部件中的至少一种；测量与观测装置包括综合测试仪、土体张力计、张力计、土体水分数据采集器、孔隙水压计、超声波流量计、动力触探仪等。该专利的混凝土上打地锚，反力是采用堆载方式完成的，体积非常庞大。而且土木工程专业的模型试验做的规模越大，不可控的因素越多，像有些边界条件、试样的均匀度等因素很难始终控制一致。同时，这种试验装置基本就是一次性的，不具备良好的试验重复性，开展一次试验更是费工费时。

此外，CN106771076A和CN206399943U的补水是借助一个模拟降水装置，其实关于铁路路基翻浆冒泥病害现象的水分来源现在并不明确，相关铁路部门在长期实地统计观测中也发现，某些地区即使长期不降水，此时铁路路基内的土层体积含水量很低，但是在频繁的铁路动荷载作用下仍会出现局部路基的翻浆冒泥现象，因此肯定不能是简单的仅考虑是降水造成路基上部富水而形成的病害问题，必须有待进一步的研究。

中国专利公开号CN206804373U公开了一种模拟无砟轨道路基翻浆的试验装置，包括模型箱、加载板、水箱。所述模型箱内腔的边长、高度分别不小于加载板边长的1.2倍、0.8倍，所述模型箱置于带凹槽的底座上；模型箱底部设置有通水孔，通水孔位于底座的凹槽上方，通水孔依次与底座凹槽中的水管、底座外的通水阀门相连；所述加载板位于模型箱内腔上部，与模型箱在同一中轴线上，其四边与模型箱四边壁平行；加载板通过螺杆与作动器连接；所述水箱下端边壁设置有供水阀门，供水阀门依次与软水管、通水阀门活动连接。该种装置能在室内模拟出不同工程条件下无砟轨道基床的翻浆现象。

发明内容

本发明旨在提供一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置和试验方法，该试验装置使用方便快捷、精度可靠，该试验方法可以同时开展模拟动荷载、水分条件和土体物理特性多种组合形式下的模型试验。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其结构特点是，包括轴向加载架、反力架、水循环模型箱和升降式弹性基座；

所述轴向加载架包括加载架顶板、加载架底板、以及连接在加载架顶板和加载架底板之间的支撑立柱、驱动所述加载架顶板振动的振动装置、以及装在加载架顶板上的加载机构；

所述反力架用于向加载架顶板施加轴向的弹性约束；该反力架包括压板、连接在压板和加载架底板之间的加压柱；所述加压柱穿过所述加载架顶板；

所述升降式弹性基座安装在加载架底板的上表面，所述加载机构与升降式弹性基座之间安装有所述的水循环模型箱；

所述水循环模型箱包括模型箱，位于模型箱底部的储水室，位于模型箱上部的土样存储腔，所述储水室和土样存储腔之间通过透水板隔开；所述加载机构的底部为伸入所述土样存储腔内可竖向移动的加载板。

本发明适用于在室内条件模拟铁路路基的翻浆冒泥病害现象，研究在动荷载、土性和水分条件多种组合形式下产生诱发路基土体产生翻浆冒泥病害现象的因素和内在机理。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

为了更好地均匀施加加载力，所述加载架顶板与支撑立柱之间通过多个加载架压缩弹簧弹性相连，所述振动装置为装在加载架顶板上的振动电机，该加载架顶板可沿竖直方向发生自由振动；优选所述振动电机为离心式振动电机。

根据本发明的第一个优选的实施例，所述加载架顶板中心位置安装有一台振动电机，该振动电机与电源之间安装有变频器。

根据本发明的第二个优选的实施例，以所述加载架顶板的长边和短边的中轴线交点为中心，沿长边或短边方向的对称位置安装有两台振动电机，两台振动电机并列间隔平行布置，两台振动电机的供电电缆并联接入同一台变频器内，且两台振动电机的电缆接线方向相反，使得振动电机工作时转子做互为反向的旋转运动；优选两台振动电机在启动前其内部的偏心块位于相同的初始位置。

优选地，所述加载机构包括与加载架顶板固定相连的加载杆，连接在加载杆底端的加载板；优选所述加载板上安装有加速度传感器，所述加载杆一侧设有位移传感器；所述加载杆上装有称重传感器。

为了方便传递加载力，所述加载架顶板上开有供加压柱穿过的孔，加压柱与孔壁之间为间隙配合；所述加压柱上套装有位于压板与加载架顶板之间的反力架压缩弹簧，所述压板上方设有安装在加压柱顶端部用于对压板施加反力的加压螺母。

优选地，所述升降式弹性基座包括丝杆升降机、联轴器、三相异步电动机和弹性基座台；所述丝杆升降机固定在加载架底板的支撑结构上；所述丝杆升降机通过联轴器与三相异步电动机连接，该三相异步电动机与三相交流电电源之间安装有变频器和倒顺开关。

所述弹性基座台主要由上层面板、下层面板、基座压缩弹簧以及一对固定在上层面板上的锁紧夹具；所述锁紧夹具用于固定所述模型箱；所述基座压缩弹簧安装在上层面板与下层面板之间；优选所述支撑立柱顶部与加载架顶板之间设有加载架压缩弹簧，所述基座压缩弹簧的总刚度系数不小于所述加载架压缩弹簧的刚度系数之和。

所述透水板的上表面铺设滤纸和土工织布，该滤纸与土工织布共同组成联合过滤层；所述土样存储腔内预埋有土压力盒、张力计和孔隙水压力传感器；所述各种土样监测传感器的引线均通过在模型箱侧壁钻孔引出；所述储水箱与模型箱之间连接储水室控制阀、进水管和进水口控制阀。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种基于所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置进行翻浆冒泥病害现象试验的方法，其包括如下步骤：

1）安装和检查模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置；

2）计算并称取试验土样，将土样均匀装填至模型箱内，并在模型箱内的设计的高度位置处埋设好土压力盒、张力计和孔隙水压力传感器，装样时通过模型箱观察装样高度和土样表面平整度，当达到设计的装样高度后，完成土样的装填；

3）将模型箱固定在升降式弹性基座上，将模型箱的储水室与水循环系统相连；

4）将加载板对准模型箱后，调整升降式弹性基座的高度，当土样表面与加载板紧密贴合后，稳定模型箱的位置不变；

5）向模型箱的储水室内注水，水流沿着透水板的孔道逐渐在土体内向上渗流，当达到设计水位高度后，停止注水；

6）按照试验方案设计的动荷载大小和频率，启动振动装置，并将动荷载沿加载板均匀传递至土样中；加载过程中，加载架、反力架和升降式弹性基座内部的弹性元件均应处于压缩状态；

7）试验过程中实时测量动荷载的大小、频率，水位高度，土样内沿竖向方向的动应力值、不同层位土体中的孔隙水压力、体积含水量，以及试验结束后分析土层不同高度位置处的颗粒尺度与级配状态参数；待加载循环次数达到试验方案设计值后，关闭振动装置，结束试验。

以下对本发明做进一步的详细说明：

一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，包括轴向加载架、反力架、水循环模型箱和升降式弹性基座组成。所述加载架主要由加载架顶板、加载架底板、支撑立柱、加载架压缩弹簧、振动电机和加载机构共同组成。在本发明中，加载架顶、加载架底板和立柱的材质为钢，需要具有足够的强度、刚度和稳定性。加载架顶板与支撑立柱之间通过四个加载架压缩弹簧弹性相连，加载架顶板在振动电机工作中可以沿竖直方向发生自由振动，减弱了加载架支撑立柱的振动效应并实现施加动荷载。在本发明中，支撑立柱可采用焊接或螺栓连接方式固定在加载架底板上表面，主要用于承担结构自重。加载架底板四角安装福马轮，便于试验装置的移动。加载架顶板中心位置采用螺栓安装振动电机，振动电机与三相交流电电源之间安装变频器，该变频器的作用是调节振动电机的输入频率，实现改变电机振动时的激振力强度和振动频率大小。在加载架顶板的下表面中心位置组装试验的加载机构，按顺序依次安装加载杆、法兰和加载板，以及负责分别量测动应力大小、频率、振幅的称重传感器、加速度传感器和位移传感器。加速度传感器采用螺栓固定在加载板上表面，要求其尽可能靠近轴向加载杆。为避免加载板边缘划伤模型箱内壁并减弱与模型箱的摩擦效应，试验时需采用乳胶膜包裹加载板侧面边缘，并在其外侧均匀涂抹一层凡士林。上述加载杆和加载板等加载机构材质为铝，其主要优点在于质地轻，易于机械加工，并且可以根据试验需要定做不同规格大小的加载机构。

所述反力架由加压柱、加压螺母、压板和反力架压缩弹簧组成。在本发明中，通过在加载架顶板适宜位置钻孔，并且该孔的直径应略大于反力架加压柱的外径，使加压柱可以自由穿过加载架顶板而不与其发生面面接触，加压柱外套有反力架压缩弹簧，通过紧固加压螺母对压板施加反力，该反力由反力架压缩弹簧传递至加载架顶板，并通过加载架的支撑立柱继续向下传递至加载架底板。该反力架的主要作用是给加载架顶板施加轴向的弹性约束，减弱加载架因振动电机工作而出现的水平方向振动效应。试验时反力越大，稳定效果愈好。同时加载架顶板完全是通过上下两组压缩弹簧实现固定，保证了其竖向的自由度，从而实现施加动荷载。以往动荷载加载试验主要采用的是各种气动、液压伺服加载系统，价格昂贵、质地大。在本发明中，创新性地利用该加载架机构，实现采用常规的离心式振动电机施加动荷载。

所述升降式弹性基座主要由丝杆升降机、联轴器、三相异步电动机和弹性基座台组成。试验装置采用的是法兰端口的丝杆升降机，丝杆升降机通过螺栓安装固定在加载架底板的支撑结构上，支撑结构材质为钢，应具有足够的强度、刚度和稳定性。丝杆升降机通过联轴器与三相异步电动机连接，三相异步电动机与三相交流电电源之间安装变频器和倒顺开关，实现灵活控制弹性基座台竖向位移的速度与方向。弹性基座台主要由上、下两层圆形面板、基座压缩弹簧以及一对锁紧夹具组成。弹性基座台下层面板采用螺栓安装在丝杠升降机的法兰端口表面。在本发明中，基座上、下层面板之间安装一个或若干个基座压缩弹簧，要求其基座压缩弹簧的总刚度系数应不小于加载架压缩弹簧刚度系数之和，其作用是保证加载板与土体表面紧密接触的同时，又减弱模型箱的振动效应。在本发明中，基座的圆形面板材质为铝，其上层面板上固定一对圆形锁紧夹具，锁紧夹具内壁包裹一圈泡沫板，试验时用于夹紧固定模型箱。整个升降式弹性基座既实现了面板高度可调，便于安放模型箱，又实现从模型箱底面向上提供约束反力，保证了上部加载板与土样表面不会因振动发生脱离现象，实现连续施加动荷载。

所述水循环模型箱主要由模型箱、储水箱、控制球阀和各种土壤物理参数测量传感器组成。试验装置的模型箱为一圆柱形透明的有机玻璃桶，模型箱用于装填试验的土样，并且可以便捷的通过透明的模型箱侧壁，观察土样颗粒运动、土样厚度和水位高度等的变化特征。在本发明中，在模型箱靠近底面的侧壁上钻两个相同直径的圆孔，圆孔直径可为8-12mm，圆孔内表面攻丝并分别安装模型箱的进水口和排水口控制阀，通过调节进水口与排水口控制阀，实现调节模型箱内的水位高度。模型箱底面中心位置叠放具有一定高度的圆柱形卡环，从而使模型箱底部形成一储水室空间，卡环的材质为透明有机玻璃，在卡环的侧壁沿环向布置一系列圆孔，便于水流顺利进入卡环内，保证了储水室内可以被水完全充满。另外，通过叠放不同数量的卡环，也可以实现调整储水室的高度，进一步实现开展动荷载作用下不同土层厚度对翻浆冒泥现象的影响规律的研究。卡环的上部固定一块透水板，透水板的材质为透明的有机玻璃，在透水板表面按矩阵形式布置透水孔，透水孔的直径可以为3-5mm，直径过小影响水流通过效率，且土颗粒洒落后易形成堵塞；直径过大则水流可能对上部铺设的过滤层形成冲击，引起更多的土颗粒洒落。另外，透水板的直径应略小于模型箱的内径，便于透水板的安放与取出，同时也可以有效防止试验时土颗粒沿透水板与模型箱之间的狭窄缝隙散落在储水室内，对循环水形成污染。在透水板的上表面均匀铺设一张直径略小于模型箱内径的圆形滤纸，在滤纸上继续铺设一层土工织布，组成联合过滤层。该过滤层的目的是保证水流穿越过滤层后可以在土体中均匀向上渗流，同时土工织布比滤纸的强度更大，保证了联合过滤层具有足够的强度防止土颗粒刺破滤纸造成堵塞透水孔并洒落在储水室内。模型箱的侧壁外沿竖直方向粘贴一刻度条，用于实时量测试验时模型箱内的土样厚度和水位高度。试验时，根据试验需求，可以在土样的不同厚度处预先埋设一系列分别测量土体内应力分布、体积含水率和孔隙水压力的土压力盒、张力计和孔隙水压力传感器，其引线均通过在模型箱侧壁钻孔引出并灌胶密封。储水箱与模型箱之间连接进水管和控制控制阀，通过控制阀实现调控水流的流速与流量。储水箱与模型箱之间连接储水室控制阀、进水管和进水口控制阀，通过储水室控制阀、进水口控制阀实现调控水流的流速与流量。同时，在排水口控制阀的内部端口需安装一个过滤网环，防止试验中洒落在储水室内的土颗粒顺水流进入管路系统内，堵塞排水管。试验后模型箱内的水可以经排水管流出并在收集器内回收，经自然沉淀和过滤后可以继续他用，整个试验装置的设计充分展示了绿色节能的环保理念。

一种基于上述模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象模型试验装置的方法，包括如下步骤：

（1）检查整套试验系统各结构装置是否完好无损，包括振动电机、变频器等电器的工作性能、模型箱是否漏水，进水管有无破损，以及传感器的灵敏度校正与标定等；

（2）在模型箱底面中心位置按设计高度叠放卡环，之后在卡环上固定透水板，铺设滤纸以及土工织布作为过滤层，应保证滤纸和土工织布贴合紧密、完好无损，同时应保证过滤层与模型箱的内壁紧密接触，必要时可采用AB胶沿模型箱内壁粘贴一圈。

（3）计算并称取试验土样，采用落砂法将土样均匀装填至模型箱内，在设计的高度位置处埋设好土压力盒、孔隙水压力等传感器，传感器的引线由模型箱侧壁圆孔中引出，并灌胶密封，装样时应密切通过模型箱侧面的刻度条观察装样高度和土样表面平整度，当达到设计的装样高度后，完成试样的装填；

（4）将模型箱放置于基座上层面板，利用锁紧夹具固定模型箱，此时连接模型箱的水循环系统，模型箱底部的进水口和排水口控制阀分别连接进水管和排水管，同时在试验前进、排水口的控制阀均应处于关闭状态；

（5）加载板沿侧壁包裹一层乳胶膜，并在乳胶膜外侧均匀涂抹一层凡士林，将加载板对准模型箱后，启动基座的三相异步电动机，通过调节变频器和倒顺开关，使弹性基座台面在丝杆升降机的作用下稳定改变其高度，当基座的基座压缩弹簧出现略微的压缩变形（约2-3mm），即土样表面与加载板已逐渐紧密贴合后，关闭三相异步电动机；

（6）开启储水箱控制阀和模型箱进水口控制阀，使水均匀流入储水室内，当储水室逐渐充满以后，水流沿着透水板的孔道，并穿过滤纸和土工织布组成的联合过滤层后逐渐在土体内向上渗流，利用模型箱侧壁上的刻度条观察，当达到试验设计的水位高度后，关闭进水口控制阀；

（7）按照试验方案设计的动荷载大小和频率，调节经标定后的振动电机变频器的输出频率，启动电源，振动电机开始工作，并将动荷载沿加载板均匀传递至土体中。加载过程中，加载架、反力架和弹性基座台内部的三组压缩弹簧均应处于压缩状态，实现利用试验装置的弹性约束结构，既提高了加载结构的整理稳定性，又实现加载板与土体试样表面紧密接触，实现连续加载；

（8）试验过程中实时测量动荷载的大小、频率以及水位高度，土样内沿竖向方向的动应力值、不同层位土体中的孔隙水压力、体积含水量等状态指标，以及试验结束后分析土层不同高度位置处的颗粒尺度与级配状态参数。待加载循环次数达到试验方案设计值后，关闭振动电机，结束试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、利用本发明装置可以开展模拟动荷载、土性和水分状态多种组合形式下产生诱发模型路基发生翻浆冒泥病害现象的模型试验研究，可实现模拟不同的动荷载大小、频率和形式，多种颗粒尺度、级配及密实度、饱和度的试验土样等。

2、试验装置采用的反力架与组合式竖向弹性约束方法固定加载架顶板，实现了离心式振动电机对土样施加模拟动荷载，同时有效减小了试验装置的水平方向振动效应。

3、试验装置设计的升降式弹性约束基座，避免了试验过程中刚性加载板与土样表面的产生脱离现象，保证了动荷载的连续施加。

4、水循环模型箱内部的储水室与过滤层等结构实现了模拟路基土体内部的地下水渗流运动，同时可以实现灵活改变试验土样装填厚度及土样内的水位高度，绿色节能环保。

5、本发明装置结构简单、安装方便、试验操作灵活，满足多种试验土样及试验条件。

相对于CN106771076A和CN206399943U而言，本发明的试验装置主要是下部补水模拟地下水，稳定后再加载，最好是得到水分能够携裹微细土颗粒在土样孔隙内做竖直向上的迁移运动，因为常规条件下水分受到重力的作用必然是要向下做渗流运动。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是图1中水循环模型箱截面示意图；

图3是本发明另一个实施例的结构示意图。

在图中

加载架顶板1，支撑立柱2，加载架压缩弹簧3，反力架压缩弹簧4，加压螺母5，圧板6，振动电机7，加载杆8，位移传感器9，法兰10，加速度传感器11，称重传感器12，模型箱13，加载板14，土样15，联合过滤层16，透水板17，储水室18，锁紧夹具19，基座上面板20，基座压缩弹簧21，基座下面板22，丝杆升降机23，联轴器24，三相异步电动机25，支撑结构26，螺栓杆27，电缆28，变频器29，倒顺开关30，加载架底板31，福马轮32，加压柱33，乳胶膜34，孔隙水压力传感器35，刻度条36，土压力盒37，卡环38，进水口控制阀39，进水管40，储水箱41，补水管42，过滤网环43，排水管44，集水器45，张力计46，AB胶47，储水箱控制阀48，排水口控制阀49。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

实施例1

一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，如图1、图2所示，包括轴向加载架、反力架、水循环模型箱和升降式弹性基座组成。所述加载架主要由加载架顶板1、加载架底板31、支撑立柱2、加载架压缩弹簧3、振动电机7和加载机构共同组成。

本实施例中，加载架顶板1、加载架底板31和立柱2的材质为钢，需要具有足够的强度、刚度和稳定性。加载架顶板1与支撑立柱2之间通过四个加载架压缩弹簧3弹性相连，加载架顶板1在振动电机7工作过程中可以沿竖直方向发生自由振动，减弱了加载架支撑立柱2的振动效应并实现施加动荷载。

本实施例中，支撑立柱2可采用焊接或螺栓连接方式固定在加载架底板31上表面，主要用于承载结构自重。加载架底板31下四角安装福马轮32，便于试验装置的移动。加载架顶板1中心位置采用螺栓安装振动电机7，振动电机7与三相交流电电源之间安装变频器29，该变频器29的作用是调节振动电机7的输入频率，实现改变振动电机7工作时的振动频率大小和激振力强度。在加载架顶板1的下表面中心位置组装试验的加载机构，按顺序依次安装加载杆8、法兰10和加载板14，以及负责分别量测动应力大小、频率、振幅的称重传感器12、加速度传感器11和位移传感器9。加速度传感器11采用螺栓固定在加载板14上表面，要求其尽可能靠近轴向加载杆8。为避免加载板14边缘划伤模型箱13内壁并减弱与模型箱13的摩擦效应，试验时需采用乳胶膜34包裹加载板14侧面边缘，并在其外侧均匀涂抹一层凡士林。上述加载杆8和加载板14等加载机构材质为铝，其主要优点在于质地轻，易于机械加工，并且可以根据试验需要定做不同规格大小的加载机构。

所述反力架由加压柱33、加压螺母5、压板6和反力架压缩弹簧4组成。本实施例中，通过在加载架顶板1适宜位置钻孔，并且该孔的直径应略大于反力架加压柱33的外径，使加压柱33可以自由穿过加载架顶板1而不与其发生面面接触，加压柱33外套反力架压缩弹簧4，通过紧固加压螺母5对压板6施加反力，该反力由反力架压缩弹簧4传递至加载架顶板1，并通过加载架的支撑立柱2继续向下传递至加载架底板31。该反力架的主要作用是给加载架顶板1施加轴向的弹性约束，减弱加载架顶板1因振动电机工作而出现的振动效应。试验时反力越大，稳定效果愈好。同时加载架顶板1完全是通过上下两组压缩弹簧实现固定，保证了其竖向的自由度，从而实现施加动荷载。以往动荷载加载试验主要采用的是各种气动、液压伺服加载系统，价格昂贵、质地大。

本实施例中，创新性地利用该加载架机构，可以实现采用常规的离心式振动电机7施加动荷载。

所述升降式弹性基座主要由丝杆升降机23、联轴器24、三相异步电动机25和弹性基座台组成。试验装置采用的是法兰端口的丝杆升降机23，丝杆升降机23通过螺栓安装固定在加载架底板31的支撑结构26上，支撑结构26材质为钢，其应具有足够的强度、刚度和稳定性。丝杆升降机23通过联轴器24与三相异步电动机25连接，三相异步电动机25与三相交流电电源之间安装有变频器29和倒顺开关30，实现灵活控制弹性基座台竖向位移的速度与方向。弹性基座台主要由上层面板20、下层面板22、基座压缩弹簧21以及一对锁紧夹具19组成。弹性基座台整体通过螺栓安装在丝杠升降机23的法兰端口表面。基座上层面板20与下层面板22之间安装一个或若干个基座压缩弹簧21，要求其基座压缩弹簧21的总刚度系数应不小于加载架压缩弹簧3刚度系数之和，其作用是保证加载板14与土体15表面紧密接触的同时，又减弱模型箱13的振动效应。

本实施例中，基座的上层圆形面板20和下层圆形面板22的材质为铝，其上层面板20上固定一对圆形锁紧夹具19，锁紧夹具19内壁包裹一圈泡沫板，试验时用于固定住模型箱13。整个升降式弹性基座既实现了面板20高度可调，便于安放模型箱13，又实现从模型箱13底面向上提供约束反力，保证了上部加载板14与土样15表面不会因振动发生脱离现象，实现连续施加动荷载。

所述水循环模型箱主要由模型箱13、储水箱18、控制控制阀39和各种土壤物理参数测量传感器组成。试验装置的模型箱13为一圆柱形透明的有机玻璃桶，模型箱13用于装填试验的土样15，并且可以便捷的通过透明的模型箱13侧壁，观察土样15颗粒运动、土样厚度和水位高度等的变化特征。

本实施例中，在模型箱13的靠近底面的侧壁上钻两个相同直径的圆孔，圆孔直径可为8-12mm，圆孔内表面攻丝并安装控制球阀，分别作为模型箱13的进水口和排水口，通过调节进水口控制阀39 排水口控制阀49，实现改变模型箱13内的水位高度。

模型箱13中央位置首先安放具有一定高度的圆柱形卡环38，从而使模型箱13底部形成一储水室18，卡环38的材质为透明有机玻璃，在卡环38的侧壁沿环向布置一系列圆孔，便于水流顺利进入卡环38内，保证了储水室18内可以被水完全充满。另外，通过叠放不同数量的卡环38，也可以实现调整储水室18的高度，进一步实现开展动荷载作用下不同土层厚度对翻浆冒泥现象的影响规律的研究。卡环38的上部固定一块透水板17，透水板17的材质为透明的有机玻璃，在透水板17表面按矩阵形式布置透水孔，透水孔的直径可以为3-5mm，直径过小影响水流通过效率，且土颗粒洒落后易形成堵塞；直径过大则水流可能对上部铺设的联合过滤层形成冲击，引起更多的土颗粒洒落。另外，透水板17的直径应略小于模型箱13的内径，便于透水板17的安放与取出，同时也可以有效防止试验时土颗粒沿透水板17与模型箱13之间的狭窄缝隙散落在储水室18内，对循环水形成污染。

在透水板17的上表面均匀铺设一张直径略小于模型箱内径的圆形滤纸，在滤纸上继续铺设一层土工织布，组成联合过滤层16。联合过滤层16的目的是保证水流穿越过滤层16后可以在土样内做均匀向上的渗流运动，同时土工织布比滤纸的强度更大，保证了联合过滤层16具有足够的强度防止土颗粒刺破滤纸造成堵塞透水孔并洒落在储水室18内。模型箱13的侧壁外侧沿轴向粘贴一刻度条36，用于量测试验时模型箱13内的土样厚度和水位高度。

试验时，根据试验需求，可以在土样15的不同厚度处预先埋设一系列分别测量土体内应力分布、体积含水率和孔隙水压力的土压力盒37、张力计46和孔隙水压力传感器35，其引线均通过在模型箱13侧壁钻孔引出并灌胶密封。储水箱18与模型箱13之间连接储水室控制阀48、进水管40和进水口控制阀39，通过储水室控制阀48、进水口控制阀39实现调控水流的流速与流量。同时，在排水口控制阀49的内部端口需安装一个过滤网环43，防止试验中洒落在储水室18内的土颗粒顺水流进入管路系统内，堵塞排水管44。试验后模型箱13内的水可以经排水管44流出并在收集器45内回收，经自然沉淀和过滤后可以继续他用，整个试验装置的设计充分展示了绿色节能的环保理念。

一种基于上述模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象模型试验装置的方法，包括如下步骤：

（1）检查整套试验系统各结构装置是否完好无损，包括振动电机7、变频器39等电器的工作性能、模型箱13是否漏水，进水管40有无破损，以及传感器的灵敏度校正与标定等。

（2）在模型箱13底面中心位置按设计高度叠放卡环38，之后在卡环38上固定透水板17，铺设滤纸和土工织布共同组成联合过滤层16，应保证滤纸和土工织布贴合紧密、完好无损，同时应保证过滤层16与模型箱13的内壁紧密接触，必要时可采用AB胶47沿模型箱13内壁粘贴一圈。

（3）计算并称取试验土样15，采用落砂法将土样15均匀装填至模型箱13内，在设计的高度位置处埋设好土压力盒37、孔隙水压力传感器35等，传感器的引线由模型箱13侧壁圆孔中引出，并灌胶密封，装样时应密切通过模型箱13侧面的刻度条36观察装样高度和土样表面平整度，当达到设计的装样高度后，完成土样15的装填。

（4）将模型箱13放置于基座上层面板20，利用锁紧夹具19固定模型箱13，此时连接模型箱13的水循环系统，底部进水口控制阀39和排水口控制阀49分别外接进水管40和排水管44，此时进水口控制阀39和排水口控制阀49均处于关闭状态。

（5）加载板14沿侧壁包裹一层乳胶膜34，并在乳胶膜34外侧均匀涂抹一层凡士林，将加载板14对准模型箱13后，启动基座的三相异步电动机25，通过调节变频器39和倒顺开关30，在丝杆升降机23的作用下稳定调整弹性基座台面20的水平高度，当基座的基座压缩弹簧21出现略微的压缩变形（约2-3mm），即土样15表面与加载板14已逐渐紧密贴合后，关闭三相异步电动机25，稳定模型箱13的位置不变。

（6）开启模型箱13的进水口控制阀39，使水均匀流入储水室18内，当储水室18逐渐充满以后，水流沿着透水板17的孔道，并穿过滤纸和土工织布组成的联合过滤层16后逐渐在土体15内做均匀向上的渗流运动，当达到设计水位高度后，关闭进水口控制阀39。

（7）按照试验方案设计的动荷载大小和频率，启动电源，调节经标定后的变频器29的输出频率，振动电机7开始工作，并将动荷载沿加载板14均匀传递至土样15中。加载过程中，加载架、反力架和弹性基座台内部的三组压缩弹簧（加载架压缩弹簧3、反力架压缩弹簧4、基座压缩弹簧21）均应处于压缩状态，实现利用试验装置的弹性约束结构，既提高了加载结构的整理稳定性，又保证了加载板14与土体15试样表面紧密接触，实现连续加载。

（8）试验过程中实时测量动荷载的大小、频率，水位高度，土样15内沿竖向方向的动应力值、不同层位土体中的孔隙水压力、体积含水量等状态指标，以及试验结束后分析土层不同高度位置处的颗粒尺度与级配状态参数。待加载循环次数达到试验方案设计值后，关闭振动电机7，结束试验。

实施例2

一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，如图3所示，包括轴向加载架、反力架、水循环模型箱和升降式弹性基座组成。所述加载架主要由加载架顶板1、加载架底板31、支撑立柱2、加载架压缩弹簧3、振动电机7和加载机构共同组成。

本实施例中，加载架顶板1、加载架底板31和立柱2的材质为钢，需要具有足够的强度、刚度和稳定性。加载架顶板1与支撑立柱2之间通过四个加载架压缩弹簧3弹性连接，加载架顶板1在振动电机7工作过程中可以沿竖直方向发生自由振动，减弱了加载架支撑立柱2的振动效应并实现施加动荷载。

本实施例中，支撑立柱2可采用焊接或螺栓连接方式固定在加载架底板31上表面，主要用于承载结构自重。加载架底板31下四角安装福马轮32，便于试验装置的移动。以加载架顶板1的长边和短边的中轴线交点为中心，沿长边或短边方向的对称位置采用螺栓固定两台相同规格型号的振动电机7，固定后要求两台振动电机7的长轴应相互平行，且不能在同一直线上。同时，两台振动电机7之间可以预留5-10cm的间距，便于试验的安装操作。将两台振动电机7的供电电缆28并联接入同一台变频器29内，要求两台振动电机7的电缆28接线相反，使两台振动电机7在工作时其输入电流的方向相反，从而在振动电机7工作时转子可以做互为反向的旋转运动。该变频器29的作用是调节振动电机7的输入频率，改变转子转速从而实现控制振动电机7振动频率大小和激振力强度。

本实施例中，两台振动电机7在启动前应拨动其内部的偏心块位于相同的初始位置，如转动过程中的最高点或最低点。两台振动电机7开始工作后，其内部的旋转偏心块所产生的离心力其水平方向的分量大小相等、方向相反，因而实现大大削弱加载架顶板1在试验的加载过程中水平方向上的振动效应。同时，在竖直方向上，旋转偏心块所产生的离心力分量将始终保持大小相等、方向一致，从而整体上提高了该试验装置的竖向激振力强度，使其满足更广泛的试验动荷载需求。在加载架顶板1的下表面中心位置组装试验的加载机构，按顺序依次安装加载杆8、法兰10和加载板14，以及负责分别量测动应力大小、频率、振幅的称重传感器12、加速度传感器11和位移传感器9。加速度传感器11采用螺栓固定在加载板14上表面，要求其尽可能靠近轴向加载杆8。为避免加载板14边缘划伤模型箱13内壁并减弱与模型箱13的摩擦效应，试验时需采用乳胶膜34包裹加载板14侧面边缘，并在其外侧均匀涂抹一层凡士林。上述加载杆8和加载板14等加载机构材质为铝，其主要优点在于质地轻，易于机械加工，并且可以根据试验需要定做不同规格大小的加载机构。

所述反力架由加压柱33、加压螺母5、压板6和反力架压缩弹簧4组成。本实施例中，通过在加载架顶板1适宜位置钻孔，并且该孔的直径应略大于反力架加压柱33的外径，使加压柱33可以自由穿过加载架顶板1而不与其发生面面接触，加压柱33外套反力架压缩弹簧4，通过紧固加压螺母5对压板6施加反力，该反力由反力架压缩弹簧4传递至加载架顶板1，并通过加载架的支撑立柱2继续向下传递至加载架底板31。该反力架的主要作用是给加载架顶板1施加轴向的弹性约束，减弱加载架顶板1因振动电机工作而出现的振动效应。试验时反力越大，稳定效果愈好。同时加载架顶板1完全是通过上下两组压缩弹簧实现固定，保证了其竖向的自由度，从而实现施加动荷载。以往动荷载加载试验主要采用的是各种气动、液压伺服加载系统，价格昂贵、质地大。

本实施例中，创新性地利用该加载架机构，可以实现采用常规的离心式振动电机7施加动荷载。

所述升降式弹性基座主要由丝杆升降机23、联轴器24、三相异步电动机25和弹性基座台组成。试验装置采用的是法兰端口的丝杆升降机23，丝杆升降机23通过螺栓安装固定在加载架底板31的支撑结构26上，支撑结构26材质为钢，其应具有足够的强度、刚度和稳定性。丝杆升降机23通过联轴器24与三相异步电动机25连接，三相异步电动机25与三相交流电电源之间安装有变频器29和倒顺开关30，实现灵活控制弹性基座台竖向位移的速度与方向。弹性基座台主要由上层面板20、下层面板22、基座压缩弹簧21以及一对锁紧夹具19组成。弹性基座台整体通过螺栓安装在丝杠升降机23的法兰端口表面。基座上层面板20与下层面板22之间安装一个或若干个基座压缩弹簧21，要求其基座压缩弹簧21的总刚度系数应不小于加载架压缩弹簧3刚度系数之和，其作用是保证加载板14与土体15表面紧密接触的同时，又减弱模型箱13的振动效应。

本实施例中，基座的上层圆形面板20和下层圆形面板22的材质为铝，其上层面板20上固定一对圆形锁紧夹具19，锁紧夹具19内壁包裹一圈泡沫板，试验时用于固定住模型箱13。整个升降式弹性基座既实现了面板20高度可调，便于安放模型箱13，又实现从模型箱13底面向上提供约束反力，保证了上部加载板14与土样15表面不会因振动发生脱离现象，实现连续施加动荷载。

所述水循环模型箱主要由模型箱13、储水箱18、控制控制阀39和各种土壤物理参数测量传感器组成。试验装置的模型箱13为一圆柱形透明的有机玻璃桶，模型箱13用于装填试验的土样15，并且可以便捷的通过透明的模型箱13侧壁，观察土样15颗粒运动、土样厚度和水位高度等的变化特征。

本实施例中，在模型箱13的靠近底面的侧壁上钻两个相同直径的圆孔，圆孔直径可为8-12mm，圆孔内表面攻丝并安装控制球阀，分别作为模型箱13的进水口和排水口，通过调节进水口控制阀39 排水口控制阀49，实现改变模型箱13内的水位高度。模型箱13中央位置首先安放具有一定高度的圆柱形卡环38，从而使模型箱13底部形成一储水室18，卡环38的材质为透明有机玻璃，在卡环38的侧壁沿环向布置一系列圆孔，便于水流顺利进入卡环38内，保证了储水室18内可以被水完全充满。另外，通过叠放不同数量的卡环38，也可以实现调整储水室18的高度，进一步实现开展动荷载作用下不同土层厚度对翻浆冒泥现象的影响规律的研究。卡环38的上部固定一块透水板17，透水板17的材质为透明的有机玻璃，在透水板17表面按矩阵形式布置透水孔，透水孔的直径可以为3-5mm，直径过小影响水流通过效率，且土颗粒洒落后易形成堵塞；直径过大则水流可能对上部铺设的过滤层16形成冲击，引起更多的土颗粒洒落。另外，透水板17的直径应略小于模型箱13的内径，便于透水板17的安放与取出，同时也可以有效防止试验时土颗粒沿透水板17与模型箱13之间的狭窄缝隙散落在储水室18内，对循环水形成污染。在透水板17的上表面均匀铺设一张直径略小于模型箱内径的圆形滤纸，在滤纸上继续铺设一层土工织布，组成联合过滤层16。联合过滤层16的目的是保证水流穿越过滤层16后可以均匀向上的渗流运动，同时土工织布比滤纸的强度更大，保证了联合过滤层16具有足够的强度防止土颗粒刺破滤纸造成堵塞透水孔并洒落在储水室18内。模型箱13的侧壁外侧沿轴向粘贴一刻度条36，用于量测试验时模型箱13内的土样厚度和水位高度。试验时，根据试验需求，可以在土样15的不同厚度处预先埋设一系列分别测量土体内应力分布、体积含水率和孔隙水压力的土压力盒37、张力计46和孔隙水压力传感器35，其引线均通过在模型箱13侧壁钻孔引出并灌胶密封。储水箱18与模型箱13之间连接储水室控制阀48、进水管40和进水口控制阀39，通过储水室控制阀48、进水口控制阀39实现调控水流的流速与流量。同时，在排水口控制阀49的内部端口需安装一个过滤网环43，防止试验中洒落在储水室18内的土颗粒顺水流进入管路系统内，堵塞排水管44。试验后模型箱13内的水可以经排水管44流出并在收集器45内回收，经自然沉淀和过滤后可以继续他用，整个试验装置的设计充分展示了绿色节能的环保理念。

一种基于上述模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象模型试验装置的方法，包括如下步骤：

（1）检查整套试验系统各结构装置是否完好无损，包括振动电机7、变频器39等电器的工作性能、模型箱13是否漏水，进水管40有无破损，以及传感器的灵敏度校正与标定等。

（2）在模型箱13底面中心位置按设计高度叠放卡环38，之后在卡环38上固定透水板17，铺设滤纸和土工织布共同组成联合过滤层16，应保证滤纸和土工织布贴合紧密、完好无损，同时应保证过滤层16与模型箱13的内壁紧密接触，必要时可采用AB胶47沿模型箱13内壁粘贴一圈。

（3）计算并称取试验土样15，采用落砂法将土样15均匀装填至模型箱13内，在设计的高度位置处埋设好土压力盒37、孔隙水压力传感器35等，传感器的引线由模型箱13侧壁圆孔中引出，并灌胶密封，装样时应密切通过模型箱13侧面的刻度条36观察装样高度和土样表面平整度，当达到设计的装样高度后，完成土样15的装填。

（4）将模型箱13放置于基座上层面板20，利用锁紧夹具19固定模型箱13，此时连接模型箱13的水循环系统，底部进水口控制阀39和排水口控制阀49分别外接进水管40和排水管44，此时进水口控制阀39和排水口控制阀49均处于关闭状态。

（5）加载板14沿侧壁包裹一层乳胶膜34，并在乳胶膜34外侧均匀涂抹一层凡士林，将加载板14对准模型箱13后，启动基座的三相异步电动机25，通过调节变频器39和倒顺开关30，在丝杆升降机23的作用下稳定调整弹性基座台面20的水平高度，当基座的基座压缩弹簧21出现略微的压缩变形（约2-3mm），即土样15表面与加载板14已逐渐紧密贴合后，关闭三相异步电动机25，稳定模型箱13的位置不变。

（6）开启模型箱13的进水口控制阀39，使水均匀流入储水室18内，当储水室18逐渐充满以后，水流沿着透水板17的孔道，并穿过滤纸和土工布组成的联合过滤层16后逐渐在土体15内向上渗流，当达到设计水位高度后，关闭进水口控制阀39。

（7）打开两台振动电机7的偏心块金属外壳，可以采用手动方法将两台振动电机的偏心块拨动至相同的初始位置，如转动过程中的最低点或最高点，然后安装好振动电机7的金属外壳。加载过程中，加载架、反力架和弹性基座台内部的三组压缩弹簧（加载架压缩弹簧3、反力架压缩弹簧4、基座压缩弹簧21）均应处于压缩状态，实现利用试验装置的弹性约束结构，既提高了加载结构的整理稳定性，又保证了加载板14与土体15试样表面紧密接触，实现连续加载。

（8）试验过程中实时测量动荷载的大小、频率，水位高度，土样15内沿竖向方向的动应力值、不同层位土体中的孔隙水压力、体积含水量等状态指标，以及试验结束后分析土层不同高度位置处的颗粒尺度与级配状态参数。待加载循环次数达到试验方案设计值后，关闭振动电机7，结束试验。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，包括轴向加载架、反力架、水循环模型箱和升降式弹性基座；

所述轴向加载架包括加载架顶板（1）、加载架底板（31）、以及连接在加载架顶板（1）和加载架底板（31）之间的支撑立柱（2）、驱动所述加载架顶板（1）振动的振动装置、以及装在加载架顶板（1）上的加载机构；

所述反力架用于向加载架顶板（1）施加轴向的弹性约束；该反力架包括压板（6）、连接在压板（6）和加载架底板（31）之间的加压柱（33）；所述加压柱（33）穿过所述加载架顶板（1）；

所述升降式弹性基座安装在加载架底板（31）的上表面，所述加载机构与升降式弹性基座之间安装有所述的水循环模型箱；

所述水循环模型箱包括模型箱（13），位于模型箱（13）底部的储水室（18），位于模型箱（13）上部的土样存储腔，所述储水室（18）和土样存储腔之间通过透水板（17）隔开；所述加载机构的底部为伸入所述土样存储腔内可竖向移动的加载板（14）。

2.根据权利要求1所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，所述加载架顶板（1）与支撑立柱（2）之间通过多个加载架压缩弹簧（3）弹性相连，所述振动装置为装在加载架顶板（1）上的振动电机（7），该加载架顶板（1）可沿竖直方向发生自由振动；优选所述振动电机（7）为离心式振动电机。

3.根据权利要求2所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，所述加载架顶板（1）中心位置安装有一台振动电机（7），该振动电机（7）与电源之间安装有变频器（29）。

4.根据权利要求2所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，以所述加载架顶板（1）的长边和短边的中轴线交点为中心，沿长边或短边方向的对称位置安装有两台振动电机（7），两台振动电机（7）并列间隔平行布置，两台振动电机（7）的供电电缆（28）并联接入同一台变频器（29）内，且两台振动电机（7）的电缆（28）接线方向相反，使得振动电机（7）工作时转子做互为反向的旋转运动；优选两台振动电机（7）在启动前其内部的偏心块位于相同的初始位置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，所述加载机构包括与加载架顶板（1）固定相连的加载杆（8），连接在加载杆（8）底端的加载板（14）；优选所述加载板（14）上安装有加速度传感器（11），所述加载杆（8）一侧设有位移传感器（9）；所述加载杆（8）上装有称重传感器（12）。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，所述加载架顶板（1）上开有供加压柱（33）穿过的孔，加压柱（33）与孔壁之间为间隙配合；所述加压柱（33）上套装有位于压板（6）与加载架顶板（1）之间的反力架压缩弹簧（4），所述压板（6）上方设有安装在加压柱（33）顶端部用于对压板（6）施加反力的加压螺母（5）。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，所述升降式弹性基座包括丝杆升降机（23）、联轴器（24）、三相异步电动机（25）和弹性基座台；所述丝杆升降机（23）固定在加载架底板（31）的支撑结构（26）上；所述丝杆升降机（23）通过联轴器（24）与三相异步电动机（25）连接，该三相异步电动机（25）与三相交流电电源之间安装有变频器（29）和倒顺开关（30）。

8.根据权利要求7所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，所述弹性基座台主要由上层面板（20）、下层面板（22）、基座压缩弹簧（21）以及一对固定在上层面板（20）上的锁紧夹具（19）；所述锁紧夹具（19）用于固定所述模型箱（13）；所述基座压缩弹簧（21）安装在上层面板（20）与下层面板（22）之间；优选所述支撑立柱（2）顶部与加载架顶板（1）之间设有加载架压缩弹簧（3），所述基座压缩弹簧（21）的总刚度系数不小于所述加载架压缩弹簧（3）的刚度系数之和。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置，其特征在于，所述透水板（17）的上表面铺设滤纸和土工织布，该滤纸与土工织布共同组成联合过滤层（16）；所述土样存储腔内预埋有土压力盒（37）、张力计（46）和孔隙水压力传感器（35）；所述各种土样监测传感器的引线均通过在模型箱（13）侧壁钻孔引出；所述储水箱（18）与模型箱（13）之间连接储水室控制阀（48）、进水管（40）和进水口控制阀（39）。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置进行翻浆冒泥病害现象试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）安装和检查模拟铁路路基翻浆冒泥病害现象试验装置；

2）计算并称取试验土样（15），将土样（15）均匀装填至模型箱（13）内，并在模型箱（13）内的设计的高度位置处埋设好土压力盒（37）、张力计（46）和孔隙水压力传感器（35），装样时通过模型箱（13）观察装样高度和土样表面平整度，当达到设计的装样高度后，完成土样（15）的装填；

3）将模型箱（13）固定在升降式弹性基座上，将模型箱（13）的储水室（18）与水循环系统相连；

4）将加载板（14）对准模型箱（13）后，调整升降式弹性基座的高度，当土样（15）表面与加载板（14）紧密贴合后，稳定模型箱（13）的位置不变；

5）向模型箱（13）的储水室（18）内注水，水流沿着透水板（17）的孔道逐渐在土体（15）内向上渗流，当达到设计水位高度后，停止注水；

6）按照试验方案设计的动荷载大小和频率，启动振动装置，并将动荷载沿加载板（14）均匀传递至土样（15）中；加载过程中，加载架、反力架和升降式弹性基座内部的弹性元件均应处于压缩状态；

7）试验过程中实时测量动荷载的大小、频率，水位高度，土样（15）内沿竖向方向的动应力值、不同层位土体中的孔隙水压力、体积含水量，以及试验结束后分析土层不同高度位置处的颗粒尺度与级配状态参数；待加载循环次数达到试验方案设计值后，关闭振动装置，结束试验。