CN112595633B - 高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，属于铁路翻浆冒泥检测领域，包括样模型箱具有填样腔，填样模型箱对应填样腔的底部设置有进液口；加载机构向填样腔内加载冲击载荷；供水系统通过进液口沿竖直方向向填样腔内进液；多个收集导管沿竖直方向间隔设置，各收集导管水平设置，各收集导管沿水平方向间隔设有多个收集孔；换向开关组件设置于收集导管，用于启闭收集孔，使得不同位置的收集孔只有一个被导通；通过上述方案不仅能够检测翻浆冒泥在竖直方向的迁移情况，还能够检测翻浆冒泥在横向方向上的迁移情况，能够从侧面反应试验过程中边界对翻浆冒泥的影响，从而保证试验中翻浆冒泥细颗粒迁移的结果相对精确。

Description

高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置

技术领域

本发明涉及铁路翻浆冒泥检测领域，尤其涉及高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置。

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。

当前研究铁路翻浆冒泥依赖现场勘察以及室内模型试验，现有的铁路翻浆冒泥室内模拟实验一般主要是利用一维渗流实验装置完成，其不能实现模拟真实的铁路路基复杂的边界条件对翻浆冒泥中细颗粒迁移的影响，试验仅停留在单一方向的翻浆冒泥颗粒的迁移，很难精确获得路基整体翻浆冒泥病害泥浆前移规律，对于翻浆冒泥病害的形成、演化及其对工程影响不能提供精准可靠的理论支撑。

发明内容

本申请是为了解决现有的高速铁路基床对于翻浆冒泥病害的试验主要是利用一维渗流实验而完成，使得现有的试验获得的翻浆冒泥细颗粒迁移规律可作为参考的价值高度不够，由此导致在翻浆冒泥的形成、演化以及对工程的影响方面不能提供精准可靠的理论支撑的问题，本申请设计高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其采用的具体方案为：

高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，包括：

填样模型箱，填样模型箱具有填样腔，填样模型箱对应填样腔的底部设置有进液口，填样腔用于填充路基土，模拟路基路况；

加载机构，加载机构向填样腔内加载冲击载荷；

供水系统，供水系统通过进液口沿竖直方向向所述填样腔内进液；

多个收集导管，多个收集导管沿竖直方向间隔设置，各收集导管水平设置，各收集导管沿水平方向间隔设有多个收集孔；

换向开关组件，换向开关组件设置于收集导管，用于启闭收集孔，使得不同位置的收集孔只有一个被导通。

优选的，换向开关组件包括：

内管，内管活动设置于收集导管，内管上水平间隔设置多个出液孔，内管在收集导管内具有多个工作位置，当在不同工作位置时，内管上的其中一个出液孔与其中一个收集孔对准。

优选的，收集孔和出液孔分别设置四个，四个出液孔沿内管轴向间隔设置，且其中两个出液孔中心之间的连线与另外两个出液孔中心之间的连线相对内管中心线对称，收集导管内壁设有内螺纹段，内管外圆周侧壁设有与内螺纹段配合的外螺纹段，内管旋合至收集导管并相对收集导管具有第一位置和第二位置，第一位置时，内管旋出外螺纹段，其中两个出液孔与其中两个收集孔对应在轴向上重合，周向上存在一个出液孔与收集孔对准；第二位置时，内管相对收集导管轴向滑动，另外两个出液孔与另外两个收集孔对应在轴向上重合，周向上存在一个出液孔与收集孔对准。

优选的，各收集孔沿收集导管周向延伸呈条形孔，收集孔在收集导管上延伸的弧长对应的圆心角为180°，各出液孔沿内管周向延伸呈条形孔，出液孔在内管上延伸的弧长对应的圆心角为180°。

优选的，收集孔处设有过滤网。

优选的，内管的外壁上套设有柔性套，柔性套上设有通过孔，通过孔与出液孔大小相等。

优选的，填样模型箱外侧壁上设有角度刻度盘，内管上设有指针，通过指针在角度刻度盘上的指示位置测量内管的旋转角度，内管沿其轴向设有测量刻度，用于测量内管沿其轴向的移动量。

优选的，内管上连接有反冲组件，反冲组件包括：

支管，支管与所述内管连接；

开关接头，支管通过开关接头与内管连接；

高压供水器，高压供水器与支管连接，通过支管将高压水打入内管。

优选的，内管与供水系统连接，内管上设有采集瓶，内管与供水系统之间通过柔性管连接，柔性管与内管之间的连接处安装有旋转接头。

优选的，填样腔为圆柱形腔，收集导管沿填样腔的周向均匀间隔设置于填样模型箱，各收集导管上远离填样腔内壁最远处的收集孔位于填样腔的轴线上。

本发明通过设置收集导管，并将收集导管沿进液方向由下至上设置同时在收集导管上沿垂直进液的方向设置多个收集孔，不仅能够检测翻浆冒泥在竖直方向的迁移情况，还能够检测翻浆冒泥在横向方向上的迁移情况，还可以通过翻浆冒泥在横向上的迁移情况侧面反应试验过程中边界对翻浆冒泥的影响，从而作为翻浆冒泥试验的结果的参考，从而保证试验中翻浆冒泥细颗粒迁移的结果相对精确，有利于对翻浆冒泥的形成、演化及其对工程影响提供较为精确的理论支撑。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中I处的放大图，且为内管在收集导管内的初始状态图；

图3为内管在收集导管内的第一位置时，出液孔与收集孔对准的结构示意图；

图4为图3中内管旋转180°时，出液孔与收集孔对准的结构示意图；

图5为图4中内管相对收集导管在轴向方向移动后，出液孔与收集孔对准的结构示意图；

图6为图5中内管旋转180°时，出液孔与收集孔对准的结构示意图。

图中，1、填样模型箱，2、填样腔，3、进液口，4、加载机构，5、供水系统，501、水管，502、水泵，503、水箱，6、收集导管，601、内螺纹段，602、收集孔，7、内管，701、外螺纹段，702、出液孔，8、支管，9、旋转接头，10、收集瓶，11、柔性管，12、柔性套。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-6所示的，高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，包括填样模型箱1、加载机构4、供水系统5、多个收集导管6和换向开关组件。

其中，填样模型箱1具有填样腔2，填样腔2内装填有路基土，在填样腔2内埋置有多个孔隙水传感器、多个土压力传感器和高清数码摄像机。多个孔隙水传感器在上下方向上间隔设置，孔隙水传感器用于监测填料各层的孔隙水压力情况；土压力传感器用于检测填样腔2内的路基土各层的应力大小，根据总应力和孔隙水压力，计算各层位的有效应力，确定路基土的承载能力大小；高清摄像机实时监测各层路基土随动力加载翻浆冒泥迁移的情况。加载机构4不断压实填样腔2内的路基土，使得内部路基土具有一定的压实度，填样模型箱1对应填样腔2的底部设置有进液口3，进液口3处设有土工织布，只能透水，不能透过路基土，以保证路基土不会向外洒出，进液口3连接上述供水系统5，供水系统5通过进液口3由下至上向填样腔2内的路基土内进水，在此过程中，水压不可过大，应使水缓慢浸润其内，防止将路基土冲散，水逐渐饱和内部的路基土，通过加载板循环向内部路基土加压模拟火车对铁路轨道的循环压力作用。

在填样模型箱1的侧壁上设有多个安装孔，多个安装孔在填样模型箱1的一周均匀间隔设置，同时在竖直方向上间隔设置，多个收集导管6则水平安装在安装孔内，其收集导管6在填样模型箱1上的密封时采用现有的密封方式，例如，通过将收集导管6焊接在填样模型上，或者通过密封垫等方式，在每个收集导管6上水平设有多个收集孔602，如此，收集导管6可以收集不同高度土地颗粒下的水分的样品，通过分析样品的浊度进而获得各层之间水力梯度发展与变化规律，同时，根据在同一高度下的收集导管6上的横向不同的收集孔602能够收集不同横向位置的土地颗粒下的水分的样品，进而不仅可以确定细颗粒随水分在竖直深度方向的迁移规律，而且，还能够确定细颗粒随水分在水平横向上的迁移规律，从而从多维度来研究动态循环载荷下铁路翻浆冒泥细颗粒迁移的机理，为翻浆冒泥的形成、演化及其对工程影响提供较为精确的理论支撑。

对不同上述收集导管6上的多个收集孔602的导通，实现不同收集孔602所在位置的水分细颗粒的收集，可以通过换向开关组件实现，具体的，换向开关组件可以采用传统的方式实现，例如，上述换向开关组件可以包括一个换向开关和多个输送导管，输送导管的一端与收集连接，另一端从收集导管6内引出并与换向开关连接，通过换向开关共同控制多个收集孔602的启闭，实现每次只能有一个收集孔602导通，此处的换向开关可以采用现有的换向阀实现，在多个输送导管上分别连接收集瓶10，通过收集不同输送导管内的将翻浆冒泥的水分收集不同水平位置的翻浆冒泥水分及细颗粒，进而研究水平横向水分及细颗粒迁移规律。

当然，在其他实施例中，上述收集瓶10也可不连接在收集瓶10，在需要收集样品时，将单独的收集瓶10瓶口对准收集导管6，将内部的翻浆冒泥的水分流入收集瓶10；在收集完成后，可以通过输送导管将内部的水分引至别处排出。

对于上述的供水系统5的结构是采用现有技术中所普遍采用的供水系统5，例如，包括一水箱503和水泵502，水泵502与水箱503之间通过水管501连接，同时，水泵502通过水管501与进液口3连接，水泵502能够将水箱503内的水泵502入填样腔2内的路基土内；需要说明的是，此处的水泵502压力不可过大，以免填样腔2内的路基土被冲散。

而为了节约水源，将从输送导管内部的水分再次利用，输送导管经过换向开关与水箱503连通，此时的收集瓶10则安装在内管7上，在上述水箱503内设置有一隔板，该隔板将水箱503分为两个腔室，该隔板与水箱503的顶板具有一定的间隙，这样使得回收的比较浑浊的液体在水箱503其中一腔室内进行沉淀后，上层的清液经过隔板自由流入水箱503的另一腔室，以供再次使用。

对于加载机构4的结构是采用现有技术中普遍采用的方式，例如，在本实施例中，上述加载机构4为一加载板，加载板的驱动可以采用现有的驱动方式实现，例如：气缸或液压缸，或者采用电机带动传动机构进而带动加载板不断压实填样腔2内的路基土。

进一步的，换向开关组件包括内管7。内管7活动设置在收集导管6内，内管上水平间隔设置多个出液孔702，内管7在收集导管6内具有多个工作位置，当在不同工作位置时，内管7上的其中一个出液孔702与其中一个收集孔602对准。通过设置内管7不仅能够直接实现与收集导管6上的收集孔602的连接，还能起到开关的作用，实现一个部件对不同收集孔602处的水分及细颗粒的收集，避免传统多管多点采集，结构更简单，操作更方便，提高了采集的效率。

进一步的，在本实施例中，对于收集导管6上的不同收集孔602内流出的翻浆冒泥的水分的收集具体的，收集孔602和出液孔702分别设置四个，四个出液孔702沿内管7轴向间隔设置，且其中两个出液孔702中心之间的连线与内管7的中心线平行，另外两个出液孔702中心之间的连线也与内管7的中心线平行，且两条连线相对内管7中心线对称，收集导管6内壁设有内螺纹段601，内管7外圆周侧壁设有与内螺纹段601配合的外螺纹段701，内管7旋合在收集导管6上，并相对收集导管6具有第一位置和第二位置，内管在收集导管内的初始位置如图2所示的。

第一位置时，如图3所示的，内管7旋出外螺纹段701，此时，其中两个出液孔702与其中两个收集孔602对应在轴向上重合，周向上存在一个出液孔702与其中一个收集孔602对准；如图4所示的，当周向上需要另外一个出液孔702与另外一个收集孔602对准时，此时只需要将内管7旋转180°即可。

在调整完上述两个出液孔702与收集孔602对准状态之后，在第二位置时，如图5所示的，内管7相对收集导管6轴向滑动，另外两个出液孔702与另外两个收集孔602对应在轴向上重合，周向上存在一个出液孔702与其中一个收集孔602对准；如图6所示的，当周向上需要另外一个出液孔702与另外一个收集孔602对准时，此时只需要将内管7旋转180°即可。通过上述既周向方向的旋转调节又配合轴向方向的滑动调节，可以减小单纯利用轴向方向上的滑动调节移动的距离基础上实现多个水平位置的调整，同时又能避免因单纯利用周向转动导致设置的收集孔602的数量受到限制的问题；实现了出液孔702设置的数量与设置交错的角度之间的平衡。

进一步的，为了防止因收集孔602过小，导致路基土内的较大颗粒在收集孔602的堵塞，各收集孔602沿收集导管6周向延伸呈条形孔，收集孔602在收集导管6上延伸的弧长对应的圆心角为180°，同时，各出液孔702沿内管7周向延伸呈条形孔，出液孔702在内管7上延伸的弧长对应的圆心角为180°，如此，可以将多个出液孔702在360°内错开，这不仅能够增大收集孔602和出液孔702大小减小堵塞的可能，而且还能缩短整体收集的时间，提高收集效率。

进一步的，为了防止在增大收集孔602的同时出现较大颗粒随着水分落至内管7，导致堵塞收集孔602或出液孔702，或者导致收集的翻浆冒泥的水分对于试验没有使用价值，在收集孔602处设有过滤网，过滤网的网孔大小可以根据填样腔2内的路基土的颗粒大小具体设计。

进一步的，为了防止翻浆冒泥的水分以及细颗粒从内管7与收集导管6之间的间隙中流出，在内管7的外壁上套设有柔性套12，柔性套12上设有通过孔，通过孔与出液孔702大小相等，避免柔性套12将出液孔702封闭。该柔性套12在本实施例中采用橡胶套，该橡胶套不能太软，因为太软会增加橡胶套在收集导管6内的变形，增大其与收集导管6之间的摩擦力，会影响内管7在收集导管6内的移动或转动，最终导致内管7不能在收集导管6内移动或者转动，长时间会导致收集导管6上收集孔602的堵塞。

进一步的，为了在转动或移动内管7时做到内管7上的出液孔702与收集导管6之间准确的对准，从而在调整内管7的位置时做到心中有数，在填样模型箱1外侧壁上设有角度刻度盘，内管7上设有指针，当在转动内管7时，通过指针在角度刻度盘上的指示位置测量内管7的旋转角度，在内管7上沿其轴向设有测量刻度，内管7在周向上的移动时利用其上的测量刻度来测得其相对收集导管6的距离。

进一步的，在内管7上连接有反冲组件，反冲组件包括支管8、开关接头和高压供水器，在本实施例中对于开关接头、高压供水器在在附图中未画出。

支管8与内管7连接，开关接头连接在支管8与内管7之间，高压供水器向支管8直至向内管7内注入高压水，对内管7内部进行冲洗，冲洗内管7不会导致不同水平位置的收集孔602处的水分及细颗粒串联，减小由此产生的误差，有利于试验准确。

另外，本申请中的开关接头不仅能够起到用于连接支管8与内管7的作用，而且，还能起到支管8与内管7之间的导通与截止的作用，本申请中的开关接头是采用现有技术中常见的水用开关接头，具体结构为本领域公知技术，在此不对其结构进行赘述。同时，高压供水器可以采用现有的增压泵及水管501实现，具体结构为现有技术，在此不对其结构进行描述。

进一步的，本申请为了对从内管7流出的水分进行回收，以实现循环利用，将内管7与供水系统5连接，内管7与供水系统5之间通过柔性管11连接，柔性管11与内管7之间连接有旋转接头9，旋转接头9用于满足内管7旋转的需要，柔性管11用于满足内管7在其轴向方向移动的需要，上述收集瓶10则可拆卸设置在内管7上，收集瓶10上设有机械开关，当需要收集时，人工打开机械开关，使得从内管7而出的水分及细颗粒浊液流至收集瓶10，当收集完成后，关闭机械开关，使得内管7而出的水分及细颗粒浊液通过柔性管11流至供水系统5的水箱503内，此实施例的水箱503与上述水箱503结构相同，水分及细颗粒浊液在水箱503其中一腔室内进行沉淀后，上层的清液经过隔板自由流入水箱503的另一腔室，以供再次使用。

上述的机械开关可以为设置在收集瓶10瓶口的插板或止水螺栓，通过人工操作即可实现瓶口的打开与关闭。

进一步的，填样腔2为圆柱形腔，收集导管6沿填样腔2的周向均匀间隔设置在填样模型箱1，能够对填样腔2内的多个方位进行取样，保证试验数据的准确，减少偶然性。各收集导管6最内侧的收集孔602位于填样腔2的轴线上，那么，当路基土内部以均匀分布的水层浸入填样腔2内的路基土内时，该处收集孔602处的翻浆冒泥的水分的浊度，并基于该浊度得到细颗粒迁移规律应该受到边界的影响最小，以该处的浊度为基础，将水平横向位置不同处的收集孔602处收集的水分及细颗粒的浊液与该处的浊度相比较，由此可以获得边界条件对细颗粒迁移规律的影响，以及试验所测得翻浆冒泥细颗粒迁移规律的可参考性的价值，并由此得到竖向和横向两个维度的细颗粒的迁移规律。

而当路基土内部以不均匀的水包出现时，在循环载荷下，可以研究水包出现翻浆冒泥在竖向和横向上的迁移规律，对于路基工程出现翻浆冒泥病害时，可以通过翻浆冒泥现象分析路基底部为局部水包还是均匀水层，为路基工程提供可靠的理论基础。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，包括：

填样模型箱，所述填样模型箱具有填样腔，所述填样模型箱对应所述填样腔的底部设置有进液口，所述填样腔用于填充路基土，模拟路基路况；

加载机构，所述加载机构向所述填样腔内加载冲击载荷；

供水系统，所述供水系统通过所述进液口沿竖直方向向所述填样腔内进液；

多个收集导管，多个所述收集导管沿竖直方向间隔设置，各所述收集导管水平设置，各所述收集导管沿水平方向间隔设有多个收集孔；

换向开关组件，所述换向开关组件包括：

内管，所述内管活动设置于所述收集导管，所述内管上水平间隔设置多个出液孔，所述内管在所述收集导管内具有多个工作位置，当在不同工作位置时，所述内管上的其中一个出液孔与其中一个所述收集孔对准。

2.根据权利要求1所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，所述收集孔和所述出液孔分别设置四个，四个所述出液孔沿所述内管轴向间隔设置，且其中两个所述出液孔中心之间的连线与另外两个所述出液孔中心之间的连线相对所述内管中心线对称，所述收集导管内壁设有内螺纹段，所述内管外圆周侧壁设有与所述内螺纹段配合的外螺纹段，所述内管旋合至所述收集导管并相对所述收集导管具有第一位置和第二位置，第一位置时，所述内管旋出所述外螺纹段，其中两个所述出液孔与其中两个所述收集孔对应在轴向上重合，周向上存在一个所述出液孔与所述收集孔对准；第二位置时，所述内管相对所述收集导管轴向滑动，另外两个所述出液孔与另外两个所述收集孔对应在轴向上重合，周向上存在一个所述出液孔与所述收集孔对准。

3.根据权利要求2所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，各所述收集孔沿所述收集导管周向延伸呈条形孔，所述收集孔在所述收集导管上延伸的弧长对应的圆心角为180°，各所述出液孔沿所述内管周向延伸呈条形孔，所述出液孔在所述内管上延伸的弧长对应的圆心角为180°。

4.根据权利要求3所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，所述收集孔处设有过滤网。

5.根据权利要求2或3所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，所述内管的外壁上套设有柔性套，所述柔性套上设有通过孔，所述通过孔与所述出液孔大小相等。

6.根据权利要求5所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，所述填样模型箱外侧壁上设有角度刻度盘，所述内管上设有指针，通过指针在所述角度刻度盘上的指示位置测量所述内管的旋转角度，所述内管沿其轴向设有测量刻度，用于测量所述内管沿其轴向的移动量。

7.根据权利要求5所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，所述内管上连接有反冲组件，所述反冲组件包括：

支管，所述支管与所述内管连接；

开关接头，所述支管通过所述开关接头与所述内管连接；

高压供水器，所述高压供水器与所述支管连接，通过所述支管将高压水打入所述内管。

8.根据权利要求1所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，所述内管与供水系统连接，所述内管上设有采集瓶，所述内管与所述供水系统之间通过柔性管连接，柔性管与所述内管之间的连接位置安装有旋转接头。

9.根据权利要求1所述的高速铁路基床翻浆冒泥细颗粒迁移检测装置，其特征在于，所述填样腔为圆柱形腔，所述收集导管沿所述填样腔的周向均匀间隔设置于所述填样模型箱，各所述收集导管上远离所述填样腔内壁最远处的收集孔位于所述填样腔的轴线上。

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