[发明专利]一种平面应变条件下路基高频振动的可视化试验装置

说明书

本发明涉及一种平面应变条件下路基高频振动的可视化试验装置，该装置包括：模型试验箱：内部通过设置多层散体材料模拟路基模型高频加载装置：用以通过调节加载幅值和频率模拟高铁列车在行驶过程中的产生的动载施加给路基模型；可视化振动监测装置：与高频加载装置连接，包括工作站以及分别与工作站连接的高速摄像机和可调节光源，用以获取高频荷载作用下包含振动变形及内部应力波传播规的影像数据；能量耗散监测装置：设置在模型试验箱内部，用以获取路基模型内部的波动特征。与现有技术相比，本发明具有多点加载、可视化监测、与原型一致等优点。

技术领域

本发明涉及路基动力学领域，尤其是涉及一种平面应变条件下路基高频振动的可视化试验装置。

背景技术

随着我国高速铁路建设的高速发展，列车运行速度不断加快，保证行车安全显得日益重要。路基作为一种常见的轨道支承结构，其在高速列车冲击荷载作用下的稳定性对高速列车行车安全影响重大。由于路基材料多采用级配碎石及粗砾土等颗粒材料，而散体介质的力学行为又十分复杂，现有研究尚未对其变形机理做出完善的解释，因此对路基材料在高频动载下的内部应力波传播及变形演化规律进行研究十分必要。原位试验费用高昂且只能通过埋设传感器获得物理量的时程变化，无法实现对路基横断面波动状态及位移变化的直接观测。

为解决上述不足，本发明所述的一种平面应变条件下路基高频振动的可视化试验装置，为高频振动下路基振陷机理研究提供了一种有效的手段。基于高铁路基受力处于平面应变状态，制作平面应变室内试验模型，利用可视化高速监测分析系统对散体路基模型在高频动载下的变形发展进行研究，揭示散体路基材料内部振动波传播与耗散规律及散体路基动力振陷机理。

发明内容

本发明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多点加载、可视化监测、与原型一致的平面应变条件下路基高频振动的可视化试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种平面应变条件下路基高频振动的可视化试验装置，该装置包括：

模型试验箱：内部通过设置多层散体材料模拟路基模型

高频加载装置：用以通过调节加载幅值和频率模拟高铁列车在行驶过程中的产生的动载施加给路基模型；

可视化振动监测装置：与高频加载装置连接，包括工作站以及分别与工作站连接的高速摄像机和可调节光源，用以获取高频荷载作用下包含振动变形及内部应力波传播规的影像数据；

能量耗散监测装置：设置在模型试验箱内部，用以获取路基模型内部的波动特征。

所述的高频加载装置包括激振器、反力架和试验台，所述的反力架包括两条固定在试验台上的反力纵梁以及与反力纵梁连接且能调节高度反力横梁，所述的激振器设置在反力横梁上，且与路基模型正对，所述的激振器与工作站连接。

所述的模型试验箱为一矩形箱体，所述的路基模型包括由上至下依次分层设置的轨道板、基床表层、基床底层、路堤和地基土，所述的轨道板与激振器正对。

所述的能量耗散监测装置包括位移传感器以及多个加速度传感器，所述的位移传感器设置在轨道板上，所述的加速度传感器分别设置在轨道板、基床表层、基床底层、路堤、地基土和试验台的交界处。

所述的可调节光源包括激光光源和一般点光源，所述的一般点光源包括白炽灯源和荧光灯源。

所述的模型试验箱侧壁为2cm的透明树脂材料壁板，其内侧面为凹凸不平状并设有与内侧面贴合的吸能材料层，吸能材料的阻尼系数、弹性模量及剪切模量由箱体体积及内部填充材料决定，可采用柔性橡胶制作符合模型试验箱边界力学性质要求的吸能层。

所述的激振器的最大振动频率为60Hz，能够实现1～60Hz扫频加载。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：