CN205786610U - 高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，包括方形钢架底座和设置在方形钢架底座上的承载板组件，在承载板组件上方还设有模型箱，模型箱内填筑填土，该填土顶面设有加载组件，在承载板组件上还设有土压力传感器，承载板组件包括角桩板、中心桩板和活动连接板，角桩板固定设置在方形钢架底座的四个角点处，中心桩板固定安装在方形钢架底座的中心位置，四块角桩板分别通过一组活动连接板与中心桩板连接，并组成呈纵横两向交叉的两对角线结构，在对角线结构的交叉处设有与活动连接板连接并随其同步升降的三角形钢板。与现有技术相比，本实用新型能对各种影响因素实现精确控制，模拟结果稳定可靠，结构合理等。

Description

高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种物理模型试验装置，尤其是涉及一种高铁桩承加筋路基纵横双向土拱耦合效应物理模型试验装置。

背景技术

目前，普遍采用的用于分析高速铁路桩承加筋路基土拱效应的模型试验设计方式有两种，一种是用水袋加底座来模拟桩土差异沉降，另一种是用混凝土桩及土体仿照桩承加筋路基的缩尺模型试验，这两种试验设计方式都可以在一定程度上模拟高速铁路桩承加筋路基土拱效应发挥作用的过程。然而，相比于桩承加筋路基在高铁荷载下的实际工况，上述两种方法都存在较大的缺陷。首先，一个共性的问题是两者的加载方式都是静力的，无法体现出高铁列车运行荷载的特点。再深入地分析，对于前者，水袋放水，高度下降对应桩土差异沉降的逐渐产生，但实际试验过程中由于上部模拟路基填土的压力，放水速度是难以控制的，这与实际工况中桩土差异逐渐产生，土拱效应逐渐发挥作用的过程是有很大差异的；最后，由于水袋形状的限制，这种试验装置无法对桩土交界面处的位移连续条件进行模拟。对于后者，虽然在形式上与真实的高速铁路桩承加筋路基相比可以达到很高的相似度，但由于整个试验装置较为复杂，很难对土拱效应作用发挥的各种影响因素进行有针对性的控制与分析；此外，由于模型缩尺带来的尺寸效应，这种试验装置中很难找到合适的材料来模拟高速铁路路基填土，从而无法得到上布荷载作用下路基部分的荷载传递规律及变形情况。总的来说，目前用于分析高速铁路桩承加筋路基土拱效应最常用的两种模型试验设计方式都有较大的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速铁路高铁桩承加筋路基纵横双向土拱耦合效应物理模型试验装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，包括方形钢架底座和设置在方形钢架底座上的承载板组件，在承载板组件上方还设有模型箱，模型箱内填筑有按照桩承加筋路基材料配比的填土，该填土顶面设有模拟高速列车运行并对填土循环加载的加载组件，在承载板组件上还设有土压力传感器，所述的承载板组件包括角桩板、中心桩板和活动连接板，所述的角桩板固定设置在方形钢架底座的四个角点处，所述的中心桩板固定安装在方形钢架底座的中心位置，四块角桩板分别通过一组可上下升降的活动连接板与中心桩板连接，并组成呈纵横两向交叉的两对角线结构，在所述对角线结构的交叉处设有与活动连接板连接并随其同步升降的三角形钢板。

所述的活动连接板包括中间钢板和铰接设置在中间钢板两侧的侧向钢板，所述的中间钢板下方安装有由电机控制的升降杆，所述的两侧向钢板还分别铰接连接角桩板和中心桩板。

所述的三角形钢板通过橡胶材料与中间钢板连接，并随中间钢板同步上下升降。

所述的中心桩板、角桩板和中间钢板上均设有至少一个土压力传感器。

所述的加载组件包括设置在填土顶面的加载板，以及安装在加载板上并对加载板循环加载的带有伺服循环加载单元的反力架。

所述的模型箱由设置在方形钢架底座上的立方钢框架和镶嵌在立方钢框架四个侧面的透明有机玻璃组成。

本实用新型的工作原理具体如下：首先调整升降杆使活动连接板与固定不动的角桩板和中心桩板处于同一平面，在相应位置布置土压力传感器，然后在四壁透明模型箱内按照高速铁路路基材料配比分层填筑填土并压实。试验过程中，开启伺服循环加载单元，通过填土顶面对应位置的加载板模拟高速列车运行对路基进行循环加载。控制伺服循环加载单元分别以低中高三种频率对路基进行1000次，5000次，10000次的简谐循环加载，其中低频为1Hz，中频为5Hz，高频为10Hz。当达到预定的循环次数后，停止循环，只对路基施加循环幅值的静力荷载，开启电机控制升降杆带动中间钢板以一定的速度平行下降，精确地控制桩土差异沉降的产生和发展。对角线结构的4块活动连接板与其交叉位置的三角形钢板同步下降，使得纵横两个方向的土拱效应同时产生并发挥作用，此时整个路基结构处于纵横双向土拱耦合效应的作用之中。由于活动连接板的两侧的侧向钢板一端与固定不动的角桩板和中间桩板活动连接，另一端随中间钢板下降，因此在桩土交界面的位置可以很好地满足位移连续条件。随着桩土差异沉降的发展，土拱效应的发挥程度逐渐提高，活动连接板上路基填土通过剪应力τ将部分自重传递给角桩板和中心桩板上的路基填土，使得活动连接板的荷载减小，角桩板和中心桩板承担的荷载增加，利用土压力传感器测出角桩板、中心桩板以及活动连接板上路基填土的竖向应力在静力加载过程中的变化情况，从而探究桩承加筋路基在高铁动载下其内部纵横双向土拱耦合效应的作用机理及变化情况。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)模拟结果精确：本实用新型可以很方便的实现对纵横双向土拱的耦合效应进行分析，而且能对各种影响因素实现精确控制，并且能模拟高铁列车运行进行循环加载，结果较为准确。

(2)整个装置结构合理，设计巧妙，操作也相对方便。

附图说明

图1为本实用新型的俯视结构示意图；

图2为本实用新型的A-A截面示意图；

图中，1-方形钢架底座，21-角桩板，22-中心桩板，30-活动连接板，31-中间钢板，32-侧向钢板，4-升降杆，5-三角形钢板，6-模型箱，7-反力架，8-加载板，9-土压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1和图2所示，用于高速铁路桩承加筋路基土拱效应模型试验的物理模型试验装置，包括方形钢架底座1，所述的方形钢架底座1在其四个角点处设置角桩板21，在中心位置设置由完整方形钢板组成的中心桩板22，角桩板21和中心桩板22由钢架支撑固定不动，组成桩承加筋路基中的桩网结构。四块角桩板21分别通过一组活动连接板30与中心桩板22连接。所述的一组活动连接板30，由三块矩形钢板组成，分别为中间钢板31和两块侧向钢板32，中间钢板31下装有电机控制的升降杆4，可在一定范围内自由升降。活动连接板30在纵横两向交叉处设置三角形状钢板5，三角形状钢板5通过橡胶材料与纵横两向的活动连接板30连接，三角形状钢板5下装有电机控制的升降杆4，能够与活动连接板30的中间钢板31同步下降。所述的方形钢架底座1上方为立方钢框架，立方钢框架侧面镶嵌四块有机玻璃，组成透明的模型箱6，模型箱6内按照高速铁路路基材料配比填筑路基填土。立方钢框架上方为装有伺服循环加载单元的反力架7，可通过路基填土顶面对应位置的加载板8模拟高铁列车运行进行循环加载。在中心桩板22、角桩板21、中间钢板31上还布置有土压力传感器9。

本实施例的模型试验装置在工作时，首先调整升降杆4使活动连接板30与固定不动的角桩板21和中心桩板22处于同一平面，在相应位置布置土压力传感器9，然后在四壁透明模型箱6内按照高速铁路路基材料配比分层填筑填土并压实。试验过程中，开启伺服循环加载单元，通过填土顶面对应位置的加载板8模拟高速列车运行对路基进行循环加载。控制伺服循环加载单元分别以低中高三种频率对路基进行1000次，5000次，10000次的简谐循环加载，其中低频为1Hz，中频为5Hz，高频为10Hz。当达到预定的循环次数后，停止循环，只对路基施加循环幅值的静力荷载，开启电机控制升降杆4带动中间钢板31以一定的速度平行下降，精确地控制桩土差异沉降的产生和发展。由于活动连接板30的两侧的侧向钢板32一端与固定不动的角桩板21和中间桩板活动连接，另一端随中间钢板31下降，因此在桩土交界面的位置可以很好地满足位移连续条件。对角线结构的4块活动连接板30与其交叉位置的三角形钢板5同步下降，使得纵横两个方向的土拱效应同时产生并发挥作用，此时整个路基结构处于纵横双向土拱耦合效应的作用之中。随着桩土差异沉降的发展，土拱效应的发挥程度逐渐提高，活动连接板30上路基填土通过剪应力τ将部分自重传递给角桩板21和中心桩板22上的路基填土，使得活动连接板30的荷载减小，角桩板21和中心桩板22承担的荷载增加，利用土压力传感器9测出角桩板21、中心桩板22以及活动连接板30上路基填土的竖向应力在静力加载过程中的变化情况，从而探究桩承加筋路基在高铁动载下其内部纵横双向土拱耦合效应的作用机理及变化情况。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，包括方形钢架底座(1)和设置在方形钢架底座(1)上的承载板组件，在承载板组件上方还设有模型箱(6)，模型箱(6)内填筑有按照高铁桩承加筋路基材料配比的填土，该填土顶面设有模拟高速列车运行并对填土循环加载的加载组件，在承载板组件上还设有土压力传感器(9)，其特征在于，所述的承载板组件包括角桩板(21)、中心桩板(22)和活动连接板(30)，所述的角桩板(21)固定设置在方形钢架底座(1)的四个角点处，所述的中心桩板(22)固定安装在方形钢架底座(1)的中心位置，四块角桩板(21)分别通过一组可上下升降的活动连接板(30)与中心桩板(22)连接，并组成呈纵横两向交叉的两对角线结构，在所述对角线结构的交叉处设有与活动连接板(30)连接并随其同步升降的三角形钢板(5)。

2.根据权利要求1所述的一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，其特征在于，所述的活动连接板(30)包括中间钢板(31)和铰接设置在中间钢板(31)两侧的侧向钢板(32)，所述的中间钢板(31)下方安装有由电机控制的升降杆(4)，所述的两侧向钢板(32)还分别铰接连接角桩板(21)和中心桩板(22)。

3.根据权利要求2所述的一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，其特征在于，所述的三角形钢板(5)通过橡胶材料与中间钢板(31)连接，并随中间钢板(31)同步上下升降。

4.根据权利要求2所述的一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，其特征在于，所述的中心桩板(22)、角桩板(21)和中间钢板(31)上均设有至少一个土压力传感器(9)。

5.根据权利要求1所述的一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，其特征在于，所述的加载组件包括设置在填土顶面的加载板(8)，以及安装在加载板(8)上并对加载板(8)循环加载的带有伺服循环加载单元的反力架(7)。

6.根据权利要求1所述的一种高铁桩承加筋路基双向土拱耦合效应物理模型试验装置，其特征在于，所述的模型箱(6)由设置在方形钢架底座(1)上的立方钢框架和镶嵌在立方钢框架四个侧面的透明有机玻璃组成。