[發明專利]一種路基填料的三維變形試驗加載裝置及方法

在審

• 申請號: 201910204503.3
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109870366A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 王啟云;林華明;張丙強;項玉龍;魏心星;臧萬軍;陳軍浩;雷虎軍;姚志雄;趙衛華;蔡雅容
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G01N3/16
• 分類號: G01N3/16;G01N3/32;G01N3/02
• 代理公司: 北京市科名專利代理事務所(特殊普通合伙) 11468
• 代理人: 陳朝陽

1.一種路基填料的三維變形試驗加載裝置，可用于模擬方柱狀路基填料試樣的三維變形情況，其特征在于，包括水平設置的底板，底板中部凸出成形有矩形試樣承臺，所述試樣設置在試樣承臺上，試樣承臺相對兩側分別設有定位鋼板，定位鋼板間通過對拉螺桿固定，定位鋼板中部設有矩形應力孔，應力孔內設有與其間隙配合的X向加載板，X向加載板厚度大于定位鋼板厚度，X向加載板通過X向驅動裝置驅動，對試樣施加X向應力；定位鋼板間設有Y向加載板，Y向加載板垂直于定位鋼板，Y向加載板數量為兩個且分別設置在試樣承臺上端面兩側，Y向加載板通過Y向驅動裝置驅動，對試樣施加Y向應力；定位鋼板間還設有Z向加載板，Z向加載板設置在試樣承臺上方，Z向加載板通過Z向驅動裝置驅動，對試樣施加Z向動力或靜力荷載；

所述X向加載板、Y向加載板、Z向加載板與對應驅動裝置間均設有力傳感器；所述X向驅動裝置、Y向驅動裝置上均設有水平位移傳感器；所述Z向驅動裝置上設有豎向位移傳感器。

2.如權利要求1所述的一種路基填料的三維變形試驗加載裝置，其特征在于，還包括矩形支架，矩形支架上設有與各加載板對應的橫梁，所述X向驅動裝置/Y向驅動裝置分別設置在對應橫梁上；

所述X向驅動裝置/Y向驅動裝置均包括同軸設置的絲桿、傳動軸，以及套設在絲桿外的滾珠，絲桿一端連接有側向承壓板，側向承壓板通過力傳感器與對應加載板連接，所述水平位移傳感器設置在側向承壓板上，絲桿外還套設有彈簧，彈簧設置在滾珠與側向承壓板間；傳動軸為空心軸且一端套裝在所述滾珠外，傳動軸另一端與所述橫梁轉動連接，傳動軸通過正反轉帶動滾珠與絲桿滾動配合，使絲桿帶動側向承壓板沿其軸向做往復運動；

所述傳動軸外設有齒輪，所述橫梁上還設有平行于所述傳動軸的第一安裝軸和第二安裝軸，第一安裝軸上套設有與齒輪嚙合的粗調齒輪，第二安裝軸上套設有與齒輪嚙合的微調齒輪。

3.如權利要求1所述的一種路基填料的三維變形試驗加載裝置，其特征在于，還包括縱向支撐裝置，所述Z向驅動裝置設置在縱向支撐裝置上；

所述縱向支撐裝置為反力架，所述Z向驅動裝置包括豎直安裝在反力架上的作動器，作動器輸出端向下且連接有縱向承壓板，縱向承壓板通過力傳感器與所述Z向加載板連接。

4.如權利要求1所述的一種路基填料的三維變形試驗加載裝置，其特征在于，所述X向加載板外緣設有限位臺階，限制X向加載板進入應力孔的深度。

5.如權利要求1所述的一種路基填料的三維變形試驗加載裝置，其特征在于，所述定位鋼板、X向加載板均為L型鋼板，X向加載板下端設有X向滑輪，所述定位鋼板底部設有供X向滑輪滑動的導槽。

6.如權利要求1所述的一種路基填料的三維變形試驗加載裝置，其特征在于，所述Y向加載板為槽型鋼板，Y向加載板下端設有Y向滑輪，Y向加載板上端設有導向輪，所述定位鋼板內側上端設有導向輪限位板，限制Y向加載板的Z向自由度。

7.如權利要求1所述的一種路基填料的三維變形試驗加載裝置，其特征在于，所述傳動軸上設有水準泡。

8.一種路基填料的三維變形試驗加載裝置的加載方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、試樣制作：將乳膠膜套設在試樣承臺上，在乳膠膜外側套上對開鋼模，按照《鐵路工程土工試驗規程TB10102-2010》要求，在乳膠膜內分層制備方柱狀路基填料試樣，試樣制作完成后拆除鋼模；

步驟2、組件安裝：在試樣承臺兩側安裝定位鋼板，并利用對拉螺桿固定，在定位孔內安裝X向加載板，在定位鋼板間安裝Y向加載板、限位板；調整反力架位置，在反力架上安裝Z向驅動裝置，在Z向驅動裝置輸出端安裝Z向加載板；安裝矩形支架，在各橫梁上分別安裝X向驅動裝置/Y向驅動裝置；利用力傳感器將各驅動裝置的承壓板和對應加載板連接，在縱向承壓板上安裝豎向位移傳感器，在側向承壓板上安裝水平位移傳感器；

步驟3、裝置調試：將試驗加載裝置各部件安裝后，用水準泡檢查加載桿是否水平，檢查X向加載板、Y向加載板是否存在卡槽現象；

步驟4、側向壓力施加：調整反力架高度，保持Z向加載板與土樣接觸；轉動各驅動裝置的粗調齒輪，施加四周側向圍壓，用力傳感器實時監測側向圍壓大小，當四周圍壓大致趨于一致時，轉動微調齒輪對四周側向壓力進行微調，保持四周圍壓趨于一致；

步驟5、試樣加載：開啟作動器，施加軸向動力或靜力荷載，通過豎向位移傳感器、水平位移傳感器觀測土樣三維變形情況，通過分析數據獲得路基填料變形特點。