CN218674585U - 一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，涉及一种路基病害模拟试验装置。模型筒下端密封插装在底座顶部设置的凹槽内，由底部向上依次铺设透水石、过滤层及土样，压盖盖设在模型筒上端，旋转升降调节杆能够将压盖连同模型筒压紧在底座上，模型筒侧壁顶部开设多个通气孔并布置隔液透气膜，加载控制机构设置于模型筒顶部，补水机构能够为透水石底部及模型筒侧壁底部不同高度位置进行补水，数据采集机构包括轴向力传感器、位移传感器、孔隙水压力传感器、水分传感器以及瞬态压力计，通过数据采集仪将采集的数据传送至电脑。有助于开展多种组合形势下泵吸现象对路基翻浆冒泥病害的影响研究。

Description

一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种路基病害模拟试验装置，尤其是一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，属于岩土工程技术领域。

背景技术

近年来我国铁路建设的规模和里程数不断增大，铁路在长期投入运营后局部地段会出现不同类型的路基病害，其中较为典型的是路基表层翻浆冒泥，严重威胁铁路的正常运营。路基基床土体在地下水或地表降水的浸湿软化作用下，基床中土体含水率不断上升，同时在列车荷载的作用下，线路以波浪式运动起伏，对路基路面产生真空抽吸(泵吸)作用，使泥浆通过道床孔隙向上翻冒，最终形成翻浆冒泥。因此，掌握列车循环荷载下路基的泵吸效应是研究翻浆冒泥病害的关键前提。

当前的研究结论表明，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，列车动荷载作用下的“泵吸效应”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。现有研究大多围绕填土颗粒材料的力学特性或孔隙水压力消散引起细颗粒迁移等角度去探究翻浆冒泥病害的产生机理和发展规律，但作为诱发翻浆冒泥病害的主要外因，泵吸现象至被提出以来，一直缺乏完善的试验装置和研究方法去模拟该现象。

公开号CN206399943U、名称为高速铁路无砟轨道路基翻浆冒泥试验系统的实用新型专利，其用于对翻浆现象进行室内模拟试验，但设备过于简易，能够模拟的工况较少，无法对诱发翻浆冒泥的相关影响因素进行深入探究，难以对路基的抗翻浆冒泥设计、施工、维护提供合理的试验依据。

公开号CN109374855B、名称为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的发明专利，其能够监测孔隙水压力的变化过程，但无法模拟泵吸现象的产生，更无法监测泵吸力的大小。

鉴于此，本专利提供一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，能够模拟真实的路基工况并对列车荷载下产生的泵吸力进行实时监测，填补目前对泵吸现象这一诱发路基翻浆冒泥病害主要影响因素的空缺，对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具有重要意义。

实用新型内容

为解决背景技术存在的不足，本实用新型提供一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，它有助于开展多种组合形势下泵吸现象对路基翻浆冒泥病害的影响研究。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，包括泵吸试验机构、加载控制机构、补水机构以及数据采集机构，所述泵吸试验机构包括升降调节杆、压盖、模型筒及底座，所述模型筒下端密封插装在底座顶部设置的凹槽内，模型筒内由底部向上依次铺设透水石、过滤层及土样，所述压盖盖设在模型筒上端，所述底座上环绕模型筒均匀排布转动安装多根所述升降调节杆并与压盖螺接配合，通过旋转能够将压盖连同模型筒压紧在底座上，模型筒侧壁顶部开设多个通气孔并布置隔液透气膜，所述加载控制机构包括作动器及加载板，所述作动器定位设置于模型筒顶部并穿过压盖与加载板连接，所述加载板边缘与模型筒密封配合，所述补水机构能够为所述透水石底部及模型筒侧壁底部不同高度位置进行补水，所述数据采集机构包括布置在作动器上的轴向力传感器和位移传感器、沿高度方向布置在模型筒内壁上的多个孔隙水压力传感器和多个水分传感器以及分别横向布置在模型筒内壁上与通气孔对应的和竖向布置在加载板底部临近中心位置的两组瞬态压力计，并通过数据采集仪将采集的数据传送至电脑。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过瞬态压力计的布置能够对循环荷载作用下产生的泵吸力进行实时监测和采集，模型筒顶部设置的通气孔为泵吸力的消散提供了通道，通过封堵一定数量的通气孔能够控制通气面积，从而模拟具有不同通气性能的路基表层结构，采用作动器向土样施加循环荷载，通过设置不同的位移值实现对各种轨枕脱空高度的模拟，进而获取列车在不同轨枕脱空高度条件下泵吸力的变化规律，补水机构能够为土样底部不同高度位置进行补水，实现补水高度的控制，从而模拟现实工况中不同的地下水位条件，有助于开展多种组合形势下泵吸现象对路基翻浆冒泥病害的影响研究，结构简单，使用灵活。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的模型筒的主视结构示意图；

图3是本实用新型的模型筒的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图3所示，一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，包括泵吸试验机构、加载控制机构、补水机构以及数据采集机构。

结合图1～图2所示，泵吸试验机构包括升降调节杆1、压盖2、模型筒8及底座16。模型筒8作为土样11的承载构件，为便于试验阶段的观察采用圆柱形透明玻璃筒且其侧壁沿高度方向设置刻度线。模型筒8下端密封插装在底座16顶部设置的凹槽内，为保证密封效果可采用在模型筒8下端与底座16的凹槽之间垫设密封圈17的结构。模型筒8内由底部向上依次铺设透水石20、过滤层18及土样11，为保证过滤层18与模型筒8内壁紧密接触不留缝隙，过滤层18边缘可采用AB胶19与模型筒8内壁粘接固定。压盖2盖设在模型筒8上端，所述底座16上环绕模型筒8均匀排布转动安装多根所述升降调节杆1并与压盖2螺接配合，通过旋转能够将压盖2连同模型筒8压紧在底座16上。在模型筒8侧壁顶部开设多个通气孔9并采用AB胶19粘贴布置隔液透气膜10，隔液透气膜10具有隔水透气的特点，防止试验过程中土样11的土颗粒及水从通气孔9泄露。

结合图1所示，加载控制机构包括作动器3及加载板6，作动器3定位设置于模型筒8顶部并穿过压盖2与加载板6连接，加载板6边缘与模型筒8密封配合，通过作动器3能够使加载板6按设定频率和位移向土样11施加循环荷载。为保证密封效果可采用在加载板6边缘固定密闭活塞7与模型筒8内壁紧密配合的结构。

结合图1所示，补水机构能够为透水石20底部及模型筒8侧壁底部不同高度位置进行补水。具体的，补水机构包括补水箱21及水管24，模型筒8侧壁底部和底座16内部均加工有补水孔15，模型筒8的补水孔15沿高度方向等间距设置为多个，底座16的补水孔15与透水石20底部对应，补水箱21与水管24一端连接，水管24另一端分为对应数量的支管分别与全部补水孔15连接，且每根支管设置有减压阀22，通过减压阀22的配合能够控制对土样11的补水高度和速度，通过透水石20的布置有助于实现土样11底部的均匀浸水。此外，可在水管24另一端增设一根设置有减压阀22的支管与排水箱23连接，便于试验完成后的排水工作。

结合图2～图3所示，数据采集机构包括布置在作动器3上的轴向力传感器4和位移传感器5、沿高度方向布置在模型筒8内壁上的多个孔隙水压力传感器13和多个水分传感器14以及分别横向布置在模型筒8内壁上与通气孔9对应的和竖向布置在加载板6底部临近中心位置的两组瞬态压力计12，轴向力传感器4、位移传感器5、孔隙水压力传感器13、水分传感器14及瞬态压力计12分别利用数据线26与数据采集仪27连接，其中需要穿过模型筒8和加载板6的位置进行封堵，数据采集仪27利用数据线26与电脑25连接，通过数据采集仪27将采集的数据传送至电脑25。

试验过程如下：

一、检查试验装置各构件是否完好，包括作动器3的工作性能，模型筒8的气密性，水管24有无破损，隔液透气膜10的有效性以及轴向力传感器4、位移传感器5、瞬态压力计12、孔隙水压力传感器13和水分传感器14的灵敏度校正与标定等；

二、根据试验方案称取一定质量的土样11，铺好透水石20与过滤层18后，采用分层击实的方法将土样11填筑至模型筒8内，在填筑同时布设瞬态压力计12、孔隙水压力传感器13和水分传感器14，数据线26从模型筒8预先加工的开孔引出并进行封堵，结合刻度线观察装样高度和表面平整度，当达到设计的装样高度后，完成土样11的装填；

三、连接好补水机构，模型筒8和底座16的补水孔15通过水管24连接补水箱21，试验前减压阀22均处于关闭状态；

四、装配加载控制机构，在密闭活塞7外侧均匀涂抹一层凡士林，将加载板6顶部与作动器3连接，并使加载板6与模型筒8在同一中轴线上，通过旋转升降调节杆1将压盖2连同模型筒8压紧在底座16上；

五、根据需求打开减压阀22为透水石20底部及模型筒8侧壁底部不同高度位置对土样11进行补水，当水位达到设计高度后，关闭减压阀22；

六、根据试验设定封堵一定数量的通气孔9控制通气面积，随后启动作动器3缓慢降低加载板6至试验预设高度，按设定频率和位移向土柱11施加循环荷载，试验过程中通过数据采集机构实时监测体积含水率、轴向位移、孔隙水压力、水位高度和泵吸力等指标的数值，其中泵吸力由瞬态压力计12测得，待加载循环次数达到试验方案设计值后，关闭作动器3，结束试验。

在不同试验条件下重复上述试验步骤，可基于试验结果分析各类因素如通气孔的通气面积、轨枕脱空高度、动荷载、频率以及土样含水率、压实度、颗粒级配等对泵吸力的产生过程和发展规律的影响。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，其特征在于：包括泵吸试验机构、加载控制机构、补水机构以及数据采集机构，所述泵吸试验机构包括升降调节杆(1)、压盖(2)、模型筒(8)及底座(16)，所述模型筒(8)下端密封插装在底座(16)顶部设置的凹槽内，模型筒(8)内由底部向上依次铺设透水石(20)、过滤层(18)及土样(11)，所述压盖(2)盖设在模型筒(8)上端，所述底座(16)上环绕模型筒(8)均匀排布转动安装多根所述升降调节杆(1)并与压盖(2)螺接配合，通过旋转能够将压盖(2)连同模型筒(8)压紧在底座(16)上，模型筒(8)侧壁顶部开设多个通气孔(9)并布置隔液透气膜(10)，所述加载控制机构包括作动器(3)及加载板(6)，所述作动器(3)定位设置于模型筒(8)顶部并穿过压盖(2)与加载板(6)连接，所述加载板(6)边缘与模型筒(8)密封配合，所述补水机构能够为所述透水石(20)底部及模型筒(8)侧壁底部不同高度位置进行补水，所述数据采集机构包括布置在作动器(3)上的轴向力传感器(4)和位移传感器(5)、沿高度方向布置在模型筒(8)内壁上的多个孔隙水压力传感器(13)和多个水分传感器(14)以及分别横向布置在模型筒(8)内壁上与通气孔(9)对应的和竖向布置在加载板(6)底部临近中心位置的两组瞬态压力计(12)，并通过数据采集仪(27)将采集的数据传送至电脑(25)。

2.根据权利要求1所述的一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，其特征在于：所述补水机构包括补水箱(21)及水管(24)，所述模型筒(8)侧壁底部和所述底座(16)内部均加工有补水孔(15)，模型筒(8)的补水孔(15)沿高度方向等间距设置为多个，底座(16)的补水孔(15)与透水石(20)底部对应，所述补水箱(21)与水管(24)一端连接，所述水管(24)另一端分为对应数量的支管分别与全部所述补水孔(15)连接，且每根所述支管设置有减压阀(22)。

3.根据权利要求2所述的一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，其特征在于：所述水管(24)另一端增设一根设置有减压阀(22)的支管与排水箱(23)连接。

4.根据权利要求1所述的一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，其特征在于：所述模型筒(8)采用圆柱形透明玻璃筒且其侧壁沿高度方向设置刻度线。

5.根据权利要求1所述的一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，其特征在于：所述模型筒(8)下端与底座(16)的凹槽之间垫设密封圈(17)。

6.根据权利要求1所述的一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，其特征在于：所述过滤层(18)边缘与模型筒(8)内壁粘接固定。

7.根据权利要求1所述的一种测试行车振动诱发路基填土内部泵吸力的试验装置，其特征在于：所述加载板(6)边缘固定密闭活塞(7)与模型筒(8)内壁紧密配合。

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