本實用新型涉及一種物理模型試驗裝置，尤其是涉及一種高鐵樁承加筋路基縱橫雙向土拱耦合效應(yīng)物理模型試驗裝置。

背景技術(shù)：

目前，普遍采用的用于分析高速鐵路樁承加筋路基土拱效應(yīng)的模型試驗設(shè)計方式有兩種，一種是用水袋加底座來模擬樁土差異沉降，另一種是用混凝土樁及土體仿照樁承加筋路基的縮尺模型試驗，這兩種試驗設(shè)計方式都可以在一定程度上模擬高速鐵路樁承加筋路基土拱效應(yīng)發(fā)揮作用的過程。然而，相比于樁承加筋路基在高鐵荷載下的實際工況，上述兩種方法都存在較大的缺陷。首先，一個共性的問題是兩者的加載方式都是靜力的，無法體現(xiàn)出高鐵列車運行荷載的特點。再深入地分析，對于前者，水袋放水，高度下降對應(yīng)樁土差異沉降的逐漸產(chǎn)生，但實際試驗過程中由于上部模擬路基填土的壓力，放水速度是難以控制的，這與實際工況中樁土差異逐漸產(chǎn)生，土拱效應(yīng)逐漸發(fā)揮作用的過程是有很大差異的；最后，由于水袋形狀的限制，這種試驗裝置無法對樁土交界面處的位移連續(xù)條件進行模擬。對于后者，雖然在形式上與真實的高速鐵路樁承加筋路基相比可以達到很高的相似度，但由于整個試驗裝置較為復(fù)雜，很難對土拱效應(yīng)作用發(fā)揮的各種影響因素進行有針對性的控制與分析；此外，由于模型縮尺帶來的尺寸效應(yīng)，這種試驗裝置中很難找到合適的材料來模擬高速鐵路路基填土，從而無法得到上布荷載作用下路基部分的荷載傳遞規(guī)律及變形情況?？偟膩碚f，目前用于分析高速鐵路樁承加筋路基土拱效應(yīng)最常用的兩種模型試驗設(shè)計方式都有較大的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高速鐵路高鐵樁承加筋路基縱橫雙向土拱耦合效應(yīng)物理模型試驗裝置。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種高鐵樁承加筋路基雙向土拱耦合效應(yīng)物理模型試驗裝置，包括方形鋼架底座和設(shè)置在方形鋼架底座上的承載板組件，在承載板組件上方還設(shè)有模型箱，模型箱內(nèi)填筑有按照樁承加筋路基材料配比的填土，該填土頂面設(shè)有模擬高速列車運行并對填土循環(huán)加載的加載組件，在承載板組件上還設(shè)有土壓力傳感器，所述的承載板組件包括角樁板、中心樁板和活動連接板，所述的角樁板固定設(shè)置在方形鋼架底座的四個角點處，所述的中心樁板固定安裝在方形鋼架底座的中心位置，四塊角樁板分別通過一組可上下升降的活動連接板與中心樁板連接，并組成呈縱橫兩向交叉的兩對角線結(jié)構(gòu)，在所述對角線結(jié)構(gòu)的交叉處設(shè)有與活動連接板連接并隨其同步升降的三角形鋼板。

所述的活動連接板包括中間鋼板和鉸接設(shè)置在中間鋼板兩側(cè)的側(cè)向鋼板，所述的中間鋼板下方安裝有由電機控制的升降桿，所述的兩側(cè)向鋼板還分別鉸接連接角樁板和中心樁板。

所述的三角形鋼板通過橡膠材料與中間鋼板連接，并隨中間鋼板同步上下升降。

所述的中心樁板、角樁板和中間鋼板上均設(shè)有至少一個土壓力傳感器。

所述的加載組件包括設(shè)置在填土頂面的加載板，以及安裝在加載板上并對加載板循環(huán)加載的帶有伺服循環(huán)加載單元的反力架。

所述的模型箱由設(shè)置在方形鋼架底座上的立方鋼框架和鑲嵌在立方鋼框架四個側(cè)面的透明有機玻璃組成。

本實用新型的工作原理具體如下：首先調(diào)整升降桿使活動連接板與固定不動的角樁板和中心樁板處于同一平面，在相應(yīng)位置布置土壓力傳感器，然后在四壁透明模型箱內(nèi)按照高速鐵路路基材料配比分層填筑填土并壓實。試驗過程中，開啟伺服循環(huán)加載單元，通過填土頂面對應(yīng)位置的加載板模擬高速列車運行對路基進行循環(huán)加載?？刂扑欧h(huán)加載單元分別以低中高三種頻率對路基進行1000次，5000次，10000次的簡諧循環(huán)加載，其中低頻為1Hz，中頻為5Hz，高頻為10Hz。當(dāng)達到預(yù)定的循環(huán)次數(shù)后，停止循環(huán)，只對路基施加循環(huán)幅值的靜力荷載，開啟電機控制升降桿帶動中間鋼板以一定的速度平行下降，精確地控制樁土差異沉降的產(chǎn)生和發(fā)展。對角線結(jié)構(gòu)的4塊活動連接板與其交叉位置的三角形鋼板同步下降，使得縱橫兩個方向的土拱效應(yīng)同時產(chǎn)生并發(fā)揮作用，此時整個路基結(jié)構(gòu)處于縱橫雙向土拱耦 合效應(yīng)的作用之中。由于活動連接板的兩側(cè)的側(cè)向鋼板一端與固定不動的角樁板和中間樁板活動連接，另一端隨中間鋼板下降，因此在樁土交界面的位置可以很好地滿足位移連續(xù)條件。隨著樁土差異沉降的發(fā)展，土拱效應(yīng)的發(fā)揮程度逐漸提高，活動連接板上路基填土通過剪應(yīng)力τ將部分自重傳遞給角樁板和中心樁板上的路基填土，使得活動連接板的荷載減小，角樁板和中心樁板承擔(dān)的荷載增加，利用土壓力傳感器測出角樁板、中心樁板以及活動連接板上路基填土的豎向應(yīng)力在靜力加載過程中的變化情況，從而探究樁承加筋路基在高鐵動載下其內(nèi)部縱橫雙向土拱耦合效應(yīng)的作用機理及變化情況。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

(1)模擬結(jié)果精確：本實用新型可以很方便的實現(xiàn)對縱橫雙向土拱的耦合效應(yīng)進行分析，而且能對各種影響因素實現(xiàn)精確控制，并且能模擬高鐵列車運行進行循環(huán)加載，結(jié)果較為準(zhǔn)確。

(2)整個裝置結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計巧妙，操作也相對方便。

附圖說明

圖1為本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的A-A截面示意圖；

圖中，1-方形鋼架底座，21-角樁板，22-中心樁板，30-活動連接板，31-中間鋼板，32-側(cè)向鋼板，4-升降桿，5-三角形鋼板，6-模型箱，7-反力架，8-加載板，9-土壓力傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。

實施例

如圖1和圖2所示，用于高速鐵路樁承加筋路基土拱效應(yīng)模型試驗的物理模型試驗裝置，包括方形鋼架底座1，所述的方形鋼架底座1在其四個角點處設(shè)置角樁板21，在中心位置設(shè)置由完整方形鋼板組成的中心樁板22，角樁板21和中心樁板22由鋼架支撐固定不動，組成樁承加筋路基中的樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)。四塊角樁板21分別通過一組活動連接板30與中心樁板22連接。所述的一組活動連接板30，由三塊矩形鋼板組成，分別為中間鋼板31和兩塊側(cè)向鋼板32，中間鋼板31下裝有電機控 制的升降桿4，可在一定范圍內(nèi)自由升降?；顒舆B接板30在縱橫兩向交叉處設(shè)置三角形狀鋼板5，三角形狀鋼板5通過橡膠材料與縱橫兩向的活動連接板30連接，三角形狀鋼板5下裝有電機控制的升降桿4，能夠與活動連接板30的中間鋼板31同步下降。所述的方形鋼架底座1上方為立方鋼框架，立方鋼框架側(cè)面鑲嵌四塊有機玻璃，組成透明的模型箱6，模型箱6內(nèi)按照高速鐵路路基材料配比填筑路基填土。立方鋼框架上方為裝有伺服循環(huán)加載單元的反力架7，可通過路基填土頂面對應(yīng)位置的加載板8模擬高鐵列車運行進行循環(huán)加載。在中心樁板22、角樁板21、中間鋼板31上還布置有土壓力傳感器9。

本實施例的模型試驗裝置在工作時，首先調(diào)整升降桿4使活動連接板30與固定不動的角樁板21和中心樁板22處于同一平面，在相應(yīng)位置布置土壓力傳感器9，然后在四壁透明模型箱6內(nèi)按照高速鐵路路基材料配比分層填筑填土并壓實。試驗過程中，開啟伺服循環(huán)加載單元，通過填土頂面對應(yīng)位置的加載板8模擬高速列車運行對路基進行循環(huán)加載?？刂扑欧h(huán)加載單元分別以低中高三種頻率對路基進行1000次，5000次，10000次的簡諧循環(huán)加載，其中低頻為1Hz，中頻為5Hz，高頻為10Hz。當(dāng)達到預(yù)定的循環(huán)次數(shù)后，停止循環(huán)，只對路基施加循環(huán)幅值的靜力荷載，開啟電機控制升降桿4帶動中間鋼板31以一定的速度平行下降，精確地控制樁土差異沉降的產(chǎn)生和發(fā)展。由于活動連接板30的兩側(cè)的側(cè)向鋼板32一端與固定不動的角樁板21和中間樁板活動連接，另一端隨中間鋼板31下降，因此在樁土交界面的位置可以很好地滿足位移連續(xù)條件。對角線結(jié)構(gòu)的4塊活動連接板30與其交叉位置的三角形鋼板5同步下降，使得縱橫兩個方向的土拱效應(yīng)同時產(chǎn)生并發(fā)揮作用，此時整個路基結(jié)構(gòu)處于縱橫雙向土拱耦合效應(yīng)的作用之中。隨著樁土差異沉降的發(fā)展，土拱效應(yīng)的發(fā)揮程度逐漸提高，活動連接板30上路基填土通過剪應(yīng)力τ將部分自重傳遞給角樁板21和中心樁板22上的路基填土，使得活動連接板30的荷載減小，角樁板21和中心樁板22承擔(dān)的荷載增加，利用土壓力傳感器9測出角樁板21、中心樁板22以及活動連接板30上路基填土的豎向應(yīng)力在靜力加載過程中的變化情況，從而探究樁承加筋路基在高鐵動載下其內(nèi)部縱橫雙向土拱耦合效應(yīng)的作用機理及變化情況。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用實用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本實用 新型不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的揭示，不脫離本實用新型范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。