[发明专利]高铁泥岩地基的湿胀力测定装置及方法

权利要求书

1.高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：包括用于模拟酸碱度和渗水量的计量程注水机构、用于模拟静载荷和高铁经过时产生的响应主频率的上覆荷载施加机构、侧限约束均匀渗水机构和测量机构。

2.根据权利要求1所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：计量程注水机构包括中性水箱和酸性水箱，中性水箱和酸性水箱分别连通中性水管的一端和酸性水管的一端，中性水管的另一端和酸性水管的另一端连通汇总管的一端，汇总管上依次设置有PH计和流量计；

中性水管靠近中性水箱的一端以及酸性水管靠近酸性水箱的一端均依次设置有开关阀和流量调节阀。

3.根据权利要求1所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：上覆荷载施加机构包括设置于待测定地基顶部的承载架、设置于承载架顶端中心的激振器和围绕激振器均匀设置的多个静载荷，承载架顶端还经垫板设置千分表。

4.根据权利要求3所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：激振器为偏心块式电力激振机，偏心块式电力激振机底部由螺栓固定在承载架的顶端中心位置；

偏心块式电力激振机的最大振动频率为30Hz，用于模拟高铁在无砟轨道运行时产生的响应主频率。

5.根据权利要求3所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：承载架包括固定于待测定地基上的下承载板、设置于下承载板上方的上承载板以及连接于上承载板和下承载板之间的竖杆；

竖杆为螺纹杆，竖杆经定位螺母分别定位连接上承载板和下承载板。

6.根据权利要求1所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：侧限约束均匀渗水机构包括竖向开设于待测定地基上的多个渗水孔和插入渗水孔内部的约束管，约束管的顶端经分支管连通汇总管，约束管的底端沿渗水孔的底端延伸。

7.根据权利要求6所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：渗水孔的底部依次填充有透水无纺布、砂、透水层、透水无纺布。

8.根据权利要求1所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：测量机构包括竖向开设于待测定地基上的测量孔和插入测量孔内部的测量管，测量管上布置有测量单元，测量单元与外部显示单元电性连接。

9.根据权利要求8所述的高铁泥岩地基的湿胀力测定装置，其特征在于：测量单元包括酸碱度测量组件和湿胀力测量组件；

酸碱度测量组件包括设置于测量管底端的锑电极探针，通过测量锑电极探针与泥岩地基接触后，表面发生反应形成的氧化锑之间的电势差，计算得到所测泥岩地基的PH值；

湿胀力测量组件包括设置于测量管底端的湿度传感器、应变传感器和第一土压力盒以及设置于测量管底部侧壁的第二土压力盒；

湿度传感器采用土壤水分传感器，采用FDR频域法，利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数,从而得到土壤容积含水量；应变传感器采用薄膜压力传感器，其压阻特性表现为电阻与压力呈幂函数关系，电阻倒数与压力值呈近似线性关系。

10.高铁泥岩地基的湿胀力测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、组装测定装置：

S11、在待测定地基顶端放置承载架，经经定位螺母调整上承载板和下承载板的高度；

S12、沿下承载板上对应位置向待测定地基内部分别打多个渗水孔和多个测量孔，并分别向渗水孔和测量孔内插入约束管和测量管，且测量管的底端设置有测量单元，而后沿约束管向渗水孔内依次塞入透水无纺布、砂、透水层、透水无纺布，再将测量管和约束管的顶端固定到下承载板上；

S13、在上承载板顶端依次布置激振器和千分表；

S2、开启开关阀，而后经流量调节阀分别调节中性水管内的中性水流量、酸性水管内的酸性水流量，直至汇总管内的PH计读取值的PH值达到设定值，保持当前流量调节阀的开度，并关闭开关阀；

S3、利用接头连接约束管和分支管，而后开启开关阀和电源，向渗水孔内注入相应PH值的液体，直至流量计的读取值达到设定值；

S4、关闭开关阀，静置一段时间；

S5、向上承载板上施加静载荷，并调节激振器发出的频率，直至确定发出的频率为待测定地基上静载荷和高铁经过时产生的响应主频率；

S6、经外部显示单元分别记录湿度传感器、应变传感器、第一土压力盒、第二土压力盒、锑电极探针的初始读数和模拟测定时的读数，第一土压力盒以及第二土压力盒分别测得的数据差值即为土体在竖直和水平方向上的湿胀力。