[发明专利]一种研究高速铁路动力响应和长期沉降规律的模型试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的高速铁路实验装置，特别涉及研究高速铁路动力响应和长期沉降规律的模型试验装置。

背景技术

在本发明之前，在高速铁路动力响应和沉降规律的研究试验中，室内动力试验和现场试验是常用的方法。室内动力试验包括动三轴仪、空心圆柱扭转仪。这些试验的研究对象都是土样，分析的都是土样微元体的动力特性，这和现场路基的受力特性有很大的不同。且上述试验研究对振动荷载的模拟，大多局限于对称正弦循环荷载，有别于交通荷载的振动的脉冲特性，研究的重点也基本上局限于动应力大小和循环次数对变形的影响。现场试验研究方面，由于受到测试条件、测试仪器以及费用等的限制，目前只能对轨道交通荷载作用下的路基进行振动位移、速度和加速度测试，而没能对地基内部列车引起的动应力进行测试，使得对地基内部动应力的研究局限在理论分析范围内，现有的大部分研究仅局限于轨道交通荷载引起的地面振动对周围环境的影响方面。而且现场试验是建立在已有高速铁路的基础上的，对于尚未修建或通车的车速300km/h以上的高速铁路，无法进行试验研究，也就不能对其动力响应和长期沉降规律作出预测。总之，对于考虑循环荷载的脉冲特性合理地模拟轨道交通荷载作用下地基土的动力特性的研究很少，尤其是缺乏考虑复杂应力状态和应力路径对土体中动应力、动应变发展过程的影响研究，然而这一点恰恰是交通荷载作用下地基土永久变形的理论研究与试验研究相结合的关键。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，开发一种新型的研究高速铁路动力响应和长期沉降规律的模型试验装置。

本发明的技术方案是：

一种研究高速铁路动力响应和长期沉降规律的模型试验装置，采用等比例缩小的模型模拟真实的高速铁路路基和轨道，框架横梁与框架竖梁相连支撑整个试验装置，液压千斤顶安装在框架横梁下面，通过计算机控制液压千斤顶提供荷载作用在枕木的两端，荷载形式采用更为接近列车真实荷载的M型荷载。列车荷载随时间的变化特性近似为M型，而不是严格的正弦或半正弦荷载，试验时可将实测的这种M型荷载作为输入荷载，用以模拟真实的列车荷载。在枕木两端设置力传感器测量由千斤顶提供给枕木的力的大小，在枕木两端旁放置支架，其上设置位移传感器测量路基在竖直方向的位移和沉降值，在埋入路基的竖管中设置加速度传感器用来测量路基的加速度值，在地基中预埋土压力盒测量地基中的动应力大小。

本发明的优点在于采用等比例缩小的模型模拟真实的高速铁路路基和轨道，路基的受力状况更加接近真实情况；采用更加接近列车真实荷载的M型荷载代替循环荷载，地基的动力响应的研究更加合理；采用一条连续的枕木，由楔形传力板将荷载传到枕木的两端；地基中预埋土压力盒可以测量长期荷载作用下地基动应力的分布和变化规律，为长期作用下的沉降预测提供依据；通过计算机控制液压千斤顶提供的荷载，可以模拟预测时速为400km/h以上的行车状况，为我国高速铁路的建设提出科学合理的建设。

附图说明

图1——本发明装置横向示意图。

图2——本发明装置纵向示意图。

图3——M型列车荷载示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，框架横梁1与框架竖梁2相连支撑整个试验装置，液压千斤顶3安装在框架横梁1下面，千斤顶由计算机4控制提供M型荷载，通过垫块5和楔形传力板6传到枕木7两端的力传感器8上，枕木7的两端旁边安装支架9，上面设置位移传感器10和装有加速度传感器11的竖管，枕木直接铺筑在道碴层12上，道碴层12下为地基土体13，道碴层12和地基土体13的两侧有侧向钢板14限制侧向位移，底部有底部钢板15提供支撑，道碴层12和地基土体13内埋有土压力盒16。

试验时，由计算机4输入如图3所示的M型荷载的参数值，列车荷载随时间的变化特性近似为M型，而不是严格的正弦或半正弦荷载，试验时输入的这种M型荷载为实测值，用以模拟真实的列车荷载。控制液压千斤顶3产生相应的荷载，该荷载通过垫块5和楔形传力板6传到枕木7的两端施加其上，荷载通过枕木7依次传到道碴层12和地基土体13。如此通过计算机4的控制反复施加荷载研究动力响应和长期沉降规律。每次施加荷载后，由力传感器8测定传到枕木7两端的力的大小，由位移传感器10测定路基的竖向位移值，由加速度传感器11测量路基的加速度值，由土压力盒16测定路基相应位置的动应力，测得的各项数据直接由计算机4采集并存储。

本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。