[发明专利]一种适用于测试筋土地震变形的多层位联动拉拔试验仪

说明书

本发明公开了一种适用于测试筋土地震变形的多层位联动拉拔试验仪，属于路基性能测试技术领域；拉拔试验仪包括振动台、模型箱、反力架、水平加载系统、拉力传感器、位移传感器、PIV监测系统；该多层位联动拉拔试验仪可有效的还原地震荷载作用下土工格栅‑道砟的受力变形物理过程，并在此过程中捕捉宏观拉拔力、筋材应变、颗粒流动等力学特征，进而在相关试验分析中优化加筋竖向间距等设计参数，实现筋材加筋作用的效益最大化，可实现对土工格栅的多层拉拔测试。

技术领域

本发明属于路基性能测试技术领域，涉及地震荷载作用下路基工程中筋土界面物理力学特性测试设备，具体为一种适用于测试筋土地震变形的多层位联动拉拔试验仪。

背景技术

有砟轨道是目前铁路轨道结构中最广泛采用的结构形式，具有弹性好、降噪性好等优点，常被运用于深路堑、软土路基和地震活动频繁区，但其线路平顺性弱于无砟轨道，易受车体振动和外界灾害的影响。近年来，我国许多地区尤其是西部复杂山区发生了多次Ⅶ级以上大地震，强烈的地震导致地基破坏，轨道变形，严重威胁列车的安全平稳运行。作为一种改善散体材料咬合能力的工程补强措施，土工格栅已被广泛应用于提高铁路有砟道床力学性能上，实践证明土工格栅的引入有效降低了道床沉降，约束了其侧向变形，提高了路基的刚度、强度和抗变形能力，保证了有砟道床良好的服役性能。但在高地震烈度区中地震力的作用下，土工格栅的作用机理、补强效果和抗变形能力尚未得到有效的印证，相关的测试试验资料也甚少积累，不能满足目前加筋土领域高速发展和需要。有鉴于此，近年来，诸多国内外学者开展对有砟轨道的地震响应研究，针对土工格栅的力学性能研究现阶段主要集中在加筋土三轴试验、室内直剪试验和拉拔试验，其中拉拔试验是目前应用较为广泛的筋材性能测试手段。现有拉拔试验装置只能一次对一层土工格栅进行拉拔，实际工程应用中则是多层土工格栅相互作用，例如加筋土路基，加筋土边坡等。

振动台试验是现有阶段模拟地震发生的合理手段，已有诸多学者通过振动台模拟了路基工程和边坡工程中的地震响应并取得了一系列研究成果。在地震荷载作用下，路基等间距布设土工格栅，筋土界面的力学特征、颗粒运动轨迹和相邻层间格栅协同或干扰作用尚不明确，“超筋”、“缺筋”现象可能会出现。因此，如何充分调动筋材加筋效果、合理布置加筋间距，减小地震来临时给路基带来的损害是目前亟需解决的热点问题，也是彻底理解和建立加筋土理论体系的关键。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种适用于测试筋土地震变形的多层位联动拉拔试验仪。有效的还原地震荷载作用下土工格栅-道砟的受力变形物理过程，并在此过程中捕捉宏观拉拔力、颗粒流动、筋材应变等力学特征，进而在相关试验分析中优化加筋竖向间距/墙高等设计参数，实现筋材加筋作用的效益最大化。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种适用于测试筋土地震变形的多层位联动拉拔试验仪，包括振动台，以及依次设置在振动台上的模型箱、拉力传感器、反力架、水平加载系统和位移传感器；所述模型箱的前后挡板均是由多个单元板上下拼接组成，相邻两个单元板之间形成土工格栅引出口；所述模型箱一侧为透明挡板，透明挡板外部设置有 PIV监测系统；土工格栅和道砟颗粒铺设在模型箱内，土工格栅上连接有应变片；土工格栅前端从模型箱前挡板的引出口伸出并与夹具相连接，所述夹具通过拉杆与反力架相连接，拉杆穿过反力架并依次与水平加载系统、位移传感器、固定板相连；所述水平加载系统与反力架相连接，所述拉力传感器设置在夹具与反力架之间的拉杆上；控制与数据采集系统与拉力传感器、位移传感器、应变片和PIV监测系统连接。

优选的，所述前后挡板上相对应的单元板结构相同，位于同一挡板上的单元板高度不同。

更优的，所述单元板可拆卸连接在模型箱的框架上。

优选的，所述模型箱与振动台滑动连接，模型箱底板延伸出模型箱并设置有连接孔。

优选的，所述透明挡板为亚力克板，模型箱的上顶板可拆卸连接在前后和侧部挡板上。

优选的，所述水平加载系统为穿心千斤顶。