[發明專利]動力特性試驗裝置和動力特性試驗方法

在審

• 申請號: 202110322043.1
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113049364A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 李雙洋;姜琪;楊佳樂;趙永春;趙建沅
• 申請（專利權）人: 中國科學院西北生態環境資源研究院
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/06;G01N3/36
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉曾

本申請提供一種動力特性試驗裝置和動力特性試驗方法，用于測試塊碎石路基模型的動力特性，塊碎石路基模型具有邊坡，包括用于容納待測試的塊碎石路基模型的試驗箱；用于施加正弦荷載于塊碎石路基模型頂部的加載裝置；用于監測塊碎石路基模型在正弦荷載作用下的位移變化的位移監測裝置；以及用于采集邊坡在正弦荷載作用下的運動圖像的圖像采集裝置。成本低，塊碎石路基模型動力特性測試結果與實際更加相符，結果更加準確可靠。

技術領域

本發明涉及道路建設領域，具體而言，涉及一種動力特性試驗裝置和動力特性試驗方法。

背景技術

寒冷地區通常被定義為一年中最冷月份的地面溫度低于0℃的地區，根據這一標準，全球寒區面積約占陸地面積的50％。我國寒區總面積約占全國總面積的43％，其中凍土面積約為寒區面積的53％。凍土是指含有冰且溫度在0℃以下的各種巖石/土，根據(巖)土體處于凍結狀態的持續時間不同，可分為島狀凍土、季節凍土和多年凍土。其性質不僅受礦物顆粒、組構、密度和含水量的影響，還會隨溫度和時間動態變化。因此，凍土是一種對溫度極其敏感且性質不穩定的土體，這就使得在多年凍土地區修建鐵路、公路等道路工程時，需特別注意其溫度與時間敏感性等特點。在寒區修筑線路穩定性要求極高的高速鐵路，其成敗的關鍵在路基，凍土區的道路工程由于凍土的凍脹融沉極易引起路基不均勻沉降變形，故路基修建時應把握凍土融沉這一關鍵性因素。

近些年來，隨著全球變暖，多年凍土退化非常顯著。寒區路段的鐵路路基及其下部地基內由于多年凍土的退化形成了大片的、力學穩定性極差的高溫凍土，從而使鐵路路基內部產生較大的變形。為了解決這些問題，近些年產生了多種新型的采用“主動冷卻”方法的路基形式，如管道通風路基、遮陽棚路基及塊碎石路基。其中塊碎石路基結構就是最典型的一種主動冷卻路基工程措施。其主要利用塊碎石層內的冷熱空氣對流效應來降低下伏土體的溫度。暖季時，環境氣溫高于路基本體溫度，塊碎石層上部溫度高于下部溫度，熱量主要通過塊碎石接觸熱傳導進入路基，塊碎石層的等效導熱系數較小，可起到一定的隔熱效果；冷季時，環境氣溫低于路基本體溫度，塊碎石層上部溫度低于下部溫度，塊碎石層孔隙內的空氣發生對流換熱，同時塊碎石之間以及塊碎石和空氣之間還存在接觸熱傳導，熱量能很好地從路基基底散發出來。但塊碎石層是由石塊通過點-點、點-面及面-面接觸組成的堆積體，幾乎沒有膠結強度，易發生滑移錯位；特別在長期列車動荷載作用下，塊碎石層顆粒位置和粒徑級配發生變化，形成密實效應，出現大變形，發生摩擦碰撞，引起顆粒滑移、轉動變形、孔隙壓縮等一系列劣化過程，進而影響塊碎石層的傳熱過程，削弱塊碎石層的冷卻效果，誘發下部多年凍土融沉，因此，在塊碎石路基的熱-力性能研究中必須予以考慮。不論塊碎石路基出現何種病害，最終將導致鐵路軌面產生沉降變形而影響行車安全。故開展長期列車動荷載作用下塊碎石路基的熱-力性能演變過程及防控措施研究極為重要，不僅能為減小凍土路基的融化，保護多年凍土的穩定提供參考，也可為工程中塊碎石路基的運營維護提供理論依據和技術支持。

目前，對路基動力響應的研究試驗中，大多采用現場長期定點觀測方法和室內土柱模型試驗方法兩種方法來模擬土體荷載響應變化過程。前者雖然觀測結果真實，能很好的反應路基在實際情況下的動力荷載響應情況，但其觀測周期過長，試驗過程不好控制，且所需人力物力較大；而后者由于試件尺寸差異，使得土性參數發生改變并且不能很好的模擬現場路基的形態與受到荷載作用下的變形情況，得到的試驗數據與實際情況存在較大的差異，因而不能很好地模擬路基真正的工作環境。

經發明人研究發現，現有的用于研究凍土地區路基力學性能的試驗設備存在如下缺點：

試驗結果可靠性差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種動力特性試驗裝置和動力特性試驗方法，其能夠提高試驗結果的可靠性。

本發明的實施例是這樣實現的：

第一方面，本發明提供一種動力特性試驗裝置，用于測試塊碎石路基模型的動力特性，塊碎石路基模型具有邊坡邊坡，包括：

用于容納待測試的塊碎石路基模型的試驗箱；