CN111912758A - 测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道床排水检测技术领域；采用探地雷达去检测翻浆冒泥路段以及道床脏污程度，不能清晰的显露出脏污源对线路翻浆冒泥产生的影响，缺少有砟道床的排水测试装置，道砟的碎石渗透试验无法反映出有砟道床的排水情况，本发明提供一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置及方法，试验箱底座收集和测量排水量，试验箱内放置道砟石，通过有无脏污源两种状态下的排水量测试不同脏污状态下的有砟道床的排水能力，用于分析不同脏污状态的脏污源对道心积水的影响。
Description
技术领域
本发明涉及有砟道床的排水检测，更具体的说，涉及一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置及方法。
背景技术
虽然有砟道床有着高排水能力，但是脏污源（例如铁路运输煤炭时落下的煤粉）经过各种作用渗入道床内部，久而久之严重污染了道床。导致道床排水的不畅，进而发展成道心积水，积水渗透进路基的情况，在列车的反复荷载下可能引发铁路翻浆冒泥的危害。在道砟规范中，用渗透仪测试计算碎石道砟石粉的渗透系数。这种试验方法只是测试了道砟碎石的透水性，无法测试有砟道床的排水能力，也没有涉及到不同脏污状态下有砟道床排水能力的试验。在现有技术中可以采用探地雷达去检测翻浆冒泥路段以及道床脏污程度，也有很多铁路清筛设备和排水装置，但是未能触及到道床脏污的不同程度对道床排水的影响测试，不能清晰的显露出脏污源对线路翻浆冒泥产生的影响，缺少有砟道床的排水测试装置，道砟的碎石渗透试验无法反映出有砟道床的排水情况。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置及方法，该发明能够进行有砟道床的不同脏污程度的排水测试，还能够用于道心积水的研究。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，包括用于放置道砟石的可拆卸的试验箱和供水系统，试验箱包括顶部盖板、用于收集和测量排水量的底座，以及若干侧面通水板，侧面通水板设置若干均匀分布的排水孔，相邻的侧面通水板固定连接，并使用密封条密封，顶部盖板呈槽型结构，扣置于试验箱顶部，顶部盖板上表面开设注水孔；底座包括集水盒和排水测量盒，排水测量盒底部设置排水口，包括竖向排水测量盒与若干侧向排水测量盒，集水盒固定在竖向排水测量盒顶部，集水盒包括竖向集水盒与若干分布在竖向集水盒周围的侧向集水盒，竖向集水盒连通竖向排水测量盒，竖向集水盒顶部开设若干均匀分布的用于收集竖向排出水量的通孔，侧向集水盒顶面为斜面，斜面设置若干用于收集侧面通水板排出水量的集水缝，侧向集水盒的侧壁下端通过集水管与侧向排水测量盒连通；供水系统包括模拟自然降水的降水板和用于检测供水量的流量计，降水板位于试验箱与顶部盖板之间，降水板为中空结构，顶面设置一个注水孔，底面设置若干均匀分布的出水孔，降水板的四周密封，水源连接管穿过顶部盖板与降水板的注水孔连接，水源连接管远离降水板的一端设置出水阀；流量计位于出水阀与降水板的注水孔之间。
进一步，试验箱的所有侧面通水板底部外侧均设置侧向集水盒，相邻的侧面通水板的连接处设置防止水量溢出的密封条。
进一步，试验箱还包括连接在侧面通水板外侧的挡水板。
进一步，竖向排水测量盒顶部设置用于安装集水盒的卡槽。
进一步，排水测量盒设置量取盒内水量的透明刻度线。
进一步，竖向集水盒与侧向集水盒固定连接。
一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的方法，在试验箱内放置道砟石模拟有砟道床，开启供水系统向试验箱注水，利用排水收集系统收集并测量所排出水量，具体包括以下步骤：
步骤1. 利用连接件将侧面通水板连接形成试验箱主体，试验箱主体放置于试验箱的底座上，在放置道砟石前，试验箱侧面和底面放置滤网，在试验箱内放置道砟石，安装降水板，通过连接件将试验箱的顶部盖板与所有侧面通水板连接，顶部盖板与试验箱之间增加橡胶条密封，连接供水系统，并在试验箱四周安装挡水板；
步骤2. 无脏污源状态下的排水测试：开启出水阀向试验箱内供水，试验箱的供水量V 供通过流量计获取，通过透明刻度线进行观察排水量，达到排水完成条件后，无脏污源的状态下，所有侧向集水盒中收集的水量之和V 侧排0通过两个侧向排水测量盒测量，完成侧向排水的收集与测量，竖向集水盒内收集的水量通过竖向排水测量盒收集并测量竖向排水的水量V 竖排0，完成竖向排水的收集与测量；
步骤3. 试验箱内添加脏污源：将放置有道砟石的试验箱放置在振动台上，并在道砟石上层放置模拟道床的脏污状态的脏污源，安装降水板，通过连接件将顶部盖板与侧面通水板连接，开启振动台开关使道砟石与脏污源混合，脏污源侵入试验箱内的道砟石；
步骤4. 有脏污源状态下的排水测试：试验箱振动达到预定时间后，关闭振动台停止振动，连接供水系统，开启出水阀向试验箱内供水，保持试验箱的供水量V 供不变，通过透明刻度线进行观察排水量，达到排水完成条件后，有脏污源状态下，侧向排水测量盒的水量为V 侧排，竖向排水测量盒内的水量为V 竖排；
步骤5. 根据步骤2与步骤4中所获取的数据，计算在无脏污状态下，留在试验箱内的道心积水量V 积0，即 V 积0 = V 供- V 侧排0 -V 竖排0 ；计算在有脏污源状态下，试验箱内的道心积水量，即V 积= V 供- V 侧排-V 竖排；对用于分析脏污状态下道床的排水能力的影响系数C进行对比分析，测定脏污质对侧向排水以及竖向排水的影响程度的大小，即 C =θ 竖排/ θ 侧排 ，其中θ 竖排为有无脏污源两种状态下的竖向排水量的差值，即θ 竖排=V 竖排0 —V 竖排，θ 侧排为有无脏污源两种状态下的侧向排水量的差值，即θ 侧排=V 侧排0 —V 侧排。
进一步，排水完成条件为当排水测量盒内的水量不再增加或者30分钟内增加的水量少于5ml。
进一步，试验箱的振动时间不少于5分钟。
综上所述，发明具有以下有益效果：
本发明设置多个集水盒，能够实现有砟道床多个维度的排水测试，本发明的筒壁所采用可拆卸的通水板还可换成不透水板，应用于饱和或非饱和渗透排水测试；通过在试验箱内放置不同含量或种类的脏污源，模拟不同脏污状态下的有砟道床，测试不同脏污状态下的有砟道床的排水能力，用于分析不同脏污状态的脏污源对道心积水的影响。
附图说明
图1为本发明的排水试验装置结构示意图；
图2为本发明的试验箱的结构示意图；
图3为本发明的底座结构示意图；
图4为竖向排水测量盒结构示意图；
图5为侧向集水盒与侧向排水测量盒连接示意图；
图6为降水板结构图；
图7为挡水板示意图；
图8为侧面通水板结构示意图。
图中：1-挡水板；2-侧面通水板；3-侧向集水盒；4-竖向排水测量盒；5-侧向排水测量盒；6-降水板；7-流量计；8-出水阀；9-水箱；10-抽水机；11-顶部盖板；12-连接件；13-密封条；14-集水管；15-集水缝；16-竖向集水盒；19-透明刻度线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1~8所示，本发明公开了一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，包括用于放置道砟石的可拆卸的试验箱和供水系统，试验箱包括顶部盖板11、用于收集和测量排水量的底座，以及若干侧面通水板2，侧面通水板2设置若干均匀分布的排水孔，排水孔的孔径不超过5mm，在保证侧面通水板2的板材强度的条件下，尽可能多布置排水孔便于排水，相邻的侧面通水板2利用连接件12固定连接，连接件12选用三角钢板和螺栓制作，数量及规格根据试验箱的尺寸进行调整，属于本领域技术人员能够获取的技术，试验箱的所有侧面通水板2底部外侧均设置侧向集水盒3，相邻的侧面通水板2的连接处设置防止水量溢出的密封条13，确保试验箱内的水只能通过侧面通水板和底部流向排水收集系统，提高排水测量的准确性；顶部盖板11呈槽型结构，扣置于试验箱顶部，顶部盖板11的上表面开设注水孔。
底座包括集水盒和排水测量盒，排水测量盒底部设置排水口，排水使用活塞控制，便于盒内水量排出，包括竖向排水测量盒4与若干侧向排水测量盒5，集水盒固定在竖向排水测量盒4顶部，竖向排水测量盒4顶部设置用于安装集水盒的卡槽，如图4所示，本实施例中，竖向排水测量盒4选用十字型中空结构，便于在顶部放置集水盒，顶部设置入水口，入水口所在水平面低于竖向排水测量盒4的顶部，有利于水量收集；集水盒包括竖向集水盒16与若干分布在竖向集水盒16周围的侧向集水盒3，竖向集水盒16与侧向集水盒3固定连接，本实施例中，集水盒选用钢板制作，竖向集水盒16与侧向集水盒3的侧面焊接固定，竖向集水盒16置于竖向排水测量盒4顶部的卡槽内，底部连通竖向排水测量盒4，竖向集水盒16顶部开设若干均匀分布的用于收集竖向排出水量的通孔；侧向集水盒3顶面为斜面，斜面设置若干用于收集侧面通水板2排出水量的集水缝15，在图1~3所示的实施例中，每个侧向集水盒3的斜面设置两条集水缝15，侧向集水盒3的侧壁下端通过集水管14与侧向排水测量盒5连通，排水测量盒设置量取盒内水量的透明刻度线19，试验箱内排出的水量通过集水盒和排水测量盒实现水量的收集与测量，在使用时可根据实际需要更换不同规格的排水测量盒，保证排水测量盒能够容纳试验箱所排出的水量即可；试验箱还包括连接在侧面通水板2外侧的挡水板1，挡水板1完全覆盖侧面通水板2的排水孔，侧向排水在挡水板1的作用下均流入侧向集水盒3，防止侧向排水喷溅；本发明将侧面通水板2中的一个或多个更换为无排水孔的不透水挡板，能够实现一个或多个侧面不进行排水测量的试验。
供水系统包括模拟自然降水的降水板6和用于检测供水量的流量计7，降水板6位于试验箱与顶部盖板11之间，降水板6为中空结构，顶面设置一个注水孔，底面设置若干均匀分布的出水孔，确保水量均匀落入试验箱内的道砟层顶面，降水板的尺寸根据试验箱的尺寸调整，降水板6的四周密封，水源连接管穿过顶部盖板11与降水板6的注水孔连接，降水板6与连接管通过螺母连接，在如图1所示的实施例中，水源选择配置抽水机10的水箱9，也可选择与水管直接连接，水源连接管远离降水板6的一端设置出水阀8，出水阀8用于控制供水系统的开启与关闭；流量计7位于出水阀8与降水板6的注水孔之间。
本装置中，侧面通水板2与底座的连接选用直螺栓，试验箱、排水收集系统的部件的选用具有一定强度和刚度的材料制作，在本实施例中，选用普通钢板材。
本发明还公开了一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的方法，在试验箱内放置道砟石模拟有砟道床，开启供水系统向试验箱注水，利用排水收集系统收集并测量所排出水量，具体包括以下步骤：
步骤1. 利用连接件12将侧面通水板2连接形成试验箱主体，试验箱主体放置于试验箱的底座上，在放置道砟石前，试验箱侧面和底面放置滤网，以防脏污源从排水孔排出，滤网的规格依据放置的脏污进行选择，脏污源不随排水流出试验箱即为满足条件，在试验箱内放置道砟石，安装降水板6，通过连接件12将顶部盖板11与所有侧面通水板2连接，顶部盖板11与试验箱之间增加橡胶条密封，连接供水系统，并在试验箱四周安装挡水板1，防止喷溅。
步骤2. 无脏污源状态下的排水测试：开启出水阀8向试验箱内供水，试验箱的供水量V 供通过流量计7获取，侧面通水板2流出的水量通过集水缝15流入侧向集水盒3内，侧向集水盒3通过集水管14将盒内水量引入侧向排水测量盒5，在本实施例中，两个侧向集水盒3连接同一侧向排水测量盒5，共使用4个侧向集水盒与2个侧向排水测量盒5，通过透明刻度线19进行观察排水量，达到排水完成条件后，在无脏污源的状态下，所有侧向集水盒3中收集的水量之和V 侧排0通过两个侧向排水测量盒5测量，完成侧向排水的收集与测量，竖向集水盒16内收集的水量通过竖向排水测量盒4收集并测量竖向排水的水量V 竖排0，完成竖向排水的收集与测量。
步骤3. 试验箱内添加脏污源：将放置有道砟石的试验箱放置在振动台上，并在道砟石上层放置模拟道床的脏污状态的脏污源，安装降水板6，通过连接件12将顶部盖板11与侧面通水板2连接，避免在振动过程中道砟石从试验箱内掉落，开启振动台开关使道砟石与脏污源混合，试验箱的振动时间不少于5分钟，实现脏污源侵入试验箱内的道砟石，用于模拟有砟轨道的脏污侵入道床，更好的进行脏污状态下的有砟道床排水试验。
步骤4. 有脏污源状态下的排水测试：试验箱振动达到预定时间后，关闭振动台停止振动，连接供水系统，开启出水阀8向试验箱内供水，保持试验箱的供水量V 供不变，在有脏污源状态下，侧向排水测量盒5的水量V 侧排，竖向排水测量盒4内的水量V 竖排，通过透明刻度线19进行观察排水量，当排水测量盒内的水量不再增加或者30分钟内增加的水量少于5ml，即认为排水完成。
步骤5. 根据步骤2与步骤4中所获取的数据，计算在无脏污状态下，留在试验箱内的道心积水量V 积0，即 V 积0 = V 供- V 侧排0 -V 竖排0 ；计算在有脏污源状态下，试验箱内的道心积水量，即V 积= V 供- V 侧排-V 竖排；通过此计算，将无脏污以及不同脏污状态下的V 积进行对比，可以进行分析不同脏污对道心积水的影响，亦能从侧面反映不同脏污对道床排水的影响。通过侧面排水、竖向排水的数据收集与未加脏污质时的侧面排水、竖向排水对比，可以分析脏污质对侧向以及竖向排水的影响，但是没有得到脏污质是对侧面排水的影响大，还是对竖向排水的影响大的试验分析，因此，在此脏污状态下，利用脏污源对有砟道床的影响系数C进行对比分析，测定脏污质对侧向排水以及竖向排水的影响程度的大小，即C =θ 竖排/θ 侧排，其中θ 竖排为有无脏污源两种状态下的竖向排水量的差值，即θ 竖排= V 竖排0 - V 竖排，θ 侧排为有无脏污源两种状态下的侧向排水量的差值，即θ 侧排=V 侧排0 - V 侧排，影响系数C用于分析脏污状态下道床的排水能力，便于相关领域的分析研究。
每次进行试验时，清洗道砟，干燥处理，并且清理试验箱。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，其特征在于：包括用于放置道砟石的可拆卸的试验箱和供水系统，其中：所述试验箱包括顶部盖板（11）、用于收集和测量排水量的底座，以及若干侧面通水板（2），侧面通水板（2）设置若干均匀分布的排水孔，相邻的侧面通水板（2）固定连接，并使用密封条（13）密封，顶部盖板（11）呈槽型结构，扣置于试验箱顶部，顶部盖板（11）上表面开设注水孔；
所述底座包括集水盒和排水测量盒，排水测量盒底部设置排水口，包括竖向排水测量盒（4）与若干侧向排水测量盒（5），集水盒固定在竖向排水测量盒（4）顶部，集水盒包括竖向集水盒（16）与若干分布在竖向集水盒（16）周围的侧向集水盒（3），竖向集水盒（16）连通竖向排水测量盒（4），竖向集水盒（16）顶部开设若干均匀分布的用于收集竖向排出水量的通孔，侧向集水盒（3）顶面为斜面，斜面设置若干用于收集侧面通水板（2）排出水量的集水缝（15），侧向集水盒（3）的侧壁下端通过集水管（14）与侧向排水测量盒（5）连通；
所述供水系统包括模拟自然降水的降水板（6）和用于检测供水量的流量计（7），降水板（6）位于试验箱与顶部盖板（11）之间，降水板（6）为中空结构，顶面设置一个注水孔，底面设置若干均匀分布的出水孔，降水板（6）的四周密封，水源连接管穿过顶部盖板与降水板（6）的注水孔连接，水源连接管远离降水板（6）的一端设置出水阀（8）；所述流量计（7）位于出水阀（8）与降水板（6）的注水孔之间。
2.根据权利要求1所述的测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，其特征在于：所述试验箱的所有侧面通水板（2）底部外侧均设置侧向集水盒（3），相邻的侧面通水板（2）的连接处设置防止水量溢出的密封条。
3.根据权利要求1或2所述的测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，其特征在于：所述试验箱还包括连接在侧面通水板（2）外侧的挡水板（1）。
4.根据权利要求1或2所述的测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，其特征在于：所述竖向排水测量盒（4）顶部设置用于安装集水盒的卡槽。
5.根据权利要求4所述的测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，其特征在于：所述排水测量盒设置量取盒内水量的透明刻度线（19）。
6.根据权利要求1所述的测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的装置，其特征在于：所述竖向集水盒（16）与侧向集水盒（3）固定连接。
7.一种测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的方法，其特征在于：在试验箱内放置道砟石模拟有砟道床，开启供水系统向试验箱注水，利用排水收集系统收集并测量所排出水量，具体包括以下步骤：
步骤1. 利用连接件（12）将侧面通水板（2）连接形成试验箱主体，试验箱主体放置于试验箱的底座上，在放置道砟石前，试验箱侧面和底面放置滤网，在试验箱内放置道砟石，安装降水板（6），通过连接件（12）将试验箱的顶部盖板（11）与所有侧面通水板（2）连接，顶部盖板（11）与试验箱之间增加橡胶条密封，连接供水系统，并在试验箱四周安装挡水板（1）；
步骤2. 无脏污源状态下的排水测试：开启出水阀（8）向试验箱内供水，试验箱的供水量V 供通过流量计（7）获取，通过透明刻度线（19）进行观察排水量，达到排水完成条件后，无脏污源的状态下，所有侧向集水盒（3）中收集的水量之和V 侧排0通过两个侧向排水测量盒（5）测量，完成侧向排水的收集与测量，竖向集水盒（16）内收集的水量通过竖向排水测量盒（4）收集并测量竖向排水的水量V 竖排0，完成竖向排水的收集与测量；
步骤3. 试验箱内添加脏污源：将放置有道砟石的试验箱放置在振动台上，并在道砟石上层放置模拟道床的脏污状态的脏污源，安装降水板（6），通过连接件（12）将顶部盖板（11）与侧面通水板（2）连接，开启振动台开关使道砟石与脏污源混合，脏污源侵入试验箱内的道砟石；
步骤4. 有脏污源状态下的排水测试：试验箱振动达到预定时间后，关闭振动台停止振动，连接供水系统，开启出水阀（8）向试验箱内供水，保持试验箱的供水量V 供不变，通过透明刻度线（19）进行观察排水量，达到排水完成条件后，有脏污源状态下，侧向排水测量盒（5）的水量为V 侧排，竖向排水测量盒（4）内的水量为V 竖排；
步骤5. 根据步骤2与步骤4中所获取的数据，计算在无脏污状态下，留在试验箱内的道心积水量V 积0，即 V 积0 = V 供 - V 侧排0 -V 竖排0 ；计算在有脏污源状态下，试验箱内的道心积水量，即V 积 = V 供 - V 侧排 -V 竖排；对用于分析脏污状态下道床的排水能力的影响系数C进行对比分析，测定脏污质对侧向排水以及竖向排水的影响程度的大小，即 C =θ 竖排/ θ 侧排 ，其中θ 竖排为有无脏污源两种状态下的竖向排水量的差值，即θ 竖排=V 竖排0 —V 竖排，θ 侧排为有无脏污源两种状态下的侧向排水量的差值，即θ 侧排=V 侧排0 —V 侧排。
8.根据权利要求7所述的测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的方法，其特征在于：所述排水完成条件为当排水测量盒内的水量不再增加或者30分钟内增加的水量少于5ml。
9.根据权利要求7或8所述的测定不同脏污状态下有砟道床排水能力的方法，其特征在于：所述试验箱的振动时间不少于5分钟。
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