[發明專利]一種電磁式動力平板載荷試驗檢測設備及方法

有效

• 申請號: 201310173232.2
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103225320A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 李彰明
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;G01N3/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛東;楊曉松

技術領域

本發明涉及土木工程中地基承載力與變形模量的試驗和檢測技術，特別涉及一種電磁式動力平板載荷試驗檢測設備及方法。

背景技術

土木工程中地基變形模量及承載力試驗及檢測是地基工程性質評定的基本手段及要求，是行業與地方規范規程所規定的基本檢測，其試驗及檢測的主要指標是地基的承載力特征值和變形參數。

一直以來，建筑行業通常采用靜力平板載荷試驗方法檢測地基承載力與變形模量。然而在實踐中，該方法存在如下問題：其一為荷載施加的原因，時間與試驗本身成本均較高；其二是荷載方式為靜態的，施加的荷載本身難以達到較高的量值，而且其所測地基僅為承壓平板下2.0～2.5倍承壓板直徑（或寬度）以內深度范圍的地基；其三為所測量的變形參數僅是靜態參數，不能較好反應動態荷載下地基（諸如高鐵、高速公路地基等）的動態響應性狀。

20世紀90年代德國提出動態變形模量Ed標準（德國已于1997年開始在鐵路工程（包括高速鐵路）中增加了動態變形模量E?d標準），以作為路基壓實質量控制標準；其特點是試圖反映列車在高速運行時產生的動應力對路基的真實作用狀況。在我國，類似地利用E_vd動態平板荷載試驗儀進行動態彈性模量E_vd（dynamic?modulus?of?deformation，是指土體在一定大小的豎向沖擊力和沖擊時間作用下抵抗變形能力的參數；即假定沖擊力恒定和泊松比μ為0.21的情況下，由彈性半空間體上圓形局部荷載的公式計算模量即在利用圓形荷載板及給定泊松比μ為0.21的情況下E_Vd=0.79(1-μ²)dσ/s=1.5rσ/s=22.5/s）測試作為路基壓實質量控制標準。動態變形模量檢測方法現已納入我國鐵道行業標準《鐵路工程土工試驗規程》。然而，該方法在實際應用中也有如下問題：一是最大沖擊力僅為7.07kN，測試深度范圍很小，僅有400～500mm；二是承壓板直徑為300mm，在地基土（特別是粗顆粒土）具有明顯尺寸效應情況下（目前公認：若壓板面積0.5m²,即邊長約為708mm或直徑約為800mm及以上，其尺寸效應影響可忽略不計）有不可忽略的尺寸效應誤差；三是要求沖擊（承載板）持續時間（即荷載脈沖寬度）為18±2ms，而實際上該持續時間與地基土性相關，若按此嚴格限定持續時間，所測試的地基土類別就十分有限。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，針對土木工程的現場（足尺承壓平板荷載）地基檢測，提供一種電磁式動力平板載荷試驗檢測設備，該設備可實現較高的沖擊能量，消除尺寸效應影響并達到靜態平板載荷試驗功能要求。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述設備實現的電磁式動力平板載荷試驗檢測方法。

本發明的技術方案為：一種電磁式動力平板載荷試驗檢測設備，包括電磁鐵組件、撞擊桿、外套筒、電磁加速線圈和沖擊座板組件，電磁鐵組件設于外套筒上方，撞擊桿設于外套筒內，沖擊座板組件設于外套筒下方，外套筒內側壁上設有多級電磁加速線圈，各級電磁加速線圈分別外接電路控制系統；沖擊座板組件包括沖擊座和承壓平板，承壓平板固定于沖擊座底部；沖擊座板組件靜止固定于外套筒底部時，沖擊座的直線段嵌入外套筒內部。

為了減少沖擊座板組件與外套筒之間的碰撞或摩擦，所述沖擊座與外套筒底部的相接處還設有緩沖墊；沖擊座與承壓平板通過螺栓鎖緊固定，承壓平板的型號或規格可以根據待檢測地基的實際需要進行更換。

所述電磁鐵組件包括電磁鐵支座和吸盤式電磁鐵，電磁鐵支座通過支撐柱固定于外套筒上方，吸盤式電磁鐵固定于電磁鐵支座中部，設于外套筒內的撞擊桿對應位于吸盤式電磁鐵下方；吸盤式電磁鐵上設置電磁鐵接線柱，電磁鐵接線柱外接電路控制系統。通過電路控制系統向吸盤式電磁鐵供電或斷電，從而使吸盤式電磁鐵產生磁力吸住或釋放撞擊桿。

作為一種優選方案，所述電磁加速線圈有三級，由上至下分別為一級電磁加速線圈、二級電磁加速線圈和三級電磁加速線圈；外套筒的外壁上設有多個線圈接線柱，各級電磁加速線圈分別通過對應的線圈接線柱外接電路控制系統。根據試驗裝置和測試對象的實際需要，電磁加速線圈的級數可以酌量增加或減少。

所述撞擊桿可為單一材料成型的磁性桿，撞擊桿的長度小于吸盤式電磁鐵與一級電磁加速線圈之間的距離，以使得電磁加速線圈的電磁力能有效作用于撞擊桿。