專(zhuān)利名稱(chēng)：交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置及模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置及模擬方法，屬于交通運(yùn)輸 工程領(lǐng)域。
技術(shù)背景-
目前對(duì)低路基，反復(fù)車(chē)載作用會(huì)引起地基累積沉降。但在現(xiàn)場(chǎng)，這種累積沉降與路基自 重引起的固結(jié)沉降同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致車(chē)載引起的累積沉降很難從總沉降中分離出來(lái)，這使得對(duì) 累積沉降規(guī)律的研究變得困難。所以目前急需一種在地基上直接模擬車(chē)載引起累積沉降的方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前缺少有效規(guī)范模擬裝置，無(wú)法對(duì)累積沉降規(guī)律進(jìn)行科學(xué) 研究的問(wèn)題，提供一種交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置及模擬方法，為研究車(chē)載 引起的地基累積沉降規(guī)律提供一種有效的硬件設(shè)施和試驗(yàn)方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，它包括支架，在支架內(nèi)設(shè)有加載板和 位移檢測(cè)裝置；支架上部安裝導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置與氣缸連接，氣缸與位移傳感器連接，位 移傳感器與控制裝置連接；控制裝置還與氣路開(kāi)關(guān)裝置連接，氣路開(kāi)關(guān)裝置一端與氣缸連接， 另一端氣泵連接。
所述位移監(jiān)測(cè)裝置為激光位移計(jì)。
所述導(dǎo)向裝置內(nèi)設(shè)有吊繩，吊繩下端連接落錘，落錘下部與空氣彈簧配合，空氣彈簧與 加載板配合；同時(shí)位移傳感器與吊繩配合。 所述氣路開(kāi)關(guān)裝置為兩位三通電磁閥。 所述氣缸和兩位三通電磁閥上均設(shè)有消聲器。 所述控制裝置為單片機(jī)，它與電腦連接。
所述汽缸經(jīng)兩位三通電磁閥、節(jié)流閥、穩(wěn)壓箱與氣泵連接。 一種交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置的模擬方法，它的步驟為
確定試驗(yàn)加載參數(shù)
①清除地基表層雜物，露出原地表，開(kāi)挖試坑；在擬安放加載板的位置安裝土壓力傳感 器，安裝交通荷載現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置；②已知路基高度/l、輪載/>,可按下式計(jì)算得到車(chē)載引起的地基上的豎向動(dòng)應(yīng)力峰值-
豎向動(dòng)應(yīng)力峰值￡7 = 0.5"4
然后擬定落錘高度和空氣彈簧參數(shù)進(jìn)行初次落錘加載，同時(shí)測(cè)試加載板下各壓力傳感 器的輸出值;根據(jù)動(dòng)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較，修正落錘高度和空氣彈簧參數(shù)， 并再次進(jìn)行單次加載，直到應(yīng)力峰值試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值結(jié)果相差不到5%為止； 正式試驗(yàn)與測(cè)試
③ 清除地基表層雜物，露出原地表，開(kāi)挖試坑；在地基中心打孔，安放土壓傳感器和 孔隙水壓力傳感器，安放交通荷載現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，并安裝激光位移傳感器；
④ 根據(jù)上面確定的某種工況對(duì)應(yīng)的落錘高度和空氣彈簧參數(shù)，在ls-10s的間歇加載時(shí)伺下 進(jìn)行試驗(yàn)；同時(shí)用土壓力傳感器(17)和孔隙水壓力傳感器(18)對(duì)地表沉降、地基內(nèi) 的動(dòng)土壓力及動(dòng)孔隙水壓力進(jìn)行測(cè)試；
加載試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)采集地表沉降及地基內(nèi)超靜孔隙水壓力數(shù)據(jù)，以分析地基內(nèi)超靜
孔隙水壓力的消散情況及由此引起的地基固結(jié)沉降。
所述步驟④中孔隙水壓力傳感器必須安放在水位以下。
本發(fā)明是由三部分組成的，自動(dòng)控制系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)由單片 機(jī)、位移傳感器以及電腦組成。通過(guò)電腦在單片機(jī)內(nèi)寫(xiě)入控制落錘高度和間歇時(shí)間的程序。 當(dāng)氣缸在單片機(jī)的指令下開(kāi)始動(dòng)作時(shí)，連接在氣缸連桿上的位移傳感器記錄落錘的起吊高度， 并不斷將數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)，從而控制兩位三通電磁閥的開(kāi)關(guān)，進(jìn)一步控制氣缸按預(yù)先按設(shè) 置的系統(tǒng)動(dòng)作。落錘的起吊高度、間歇時(shí)間及加載次數(shù)等實(shí)時(shí)顯示在電腦屏幕上。
氣動(dòng)系統(tǒng)是由汽缸、兩位三通電磁閥、消聲器、穩(wěn)壓箱、氣泵等組成的。汽缸中空氣的 流通由電磁閥的開(kāi)關(guān)控制，氣泵壓縮空氣進(jìn)入汽缸，從而提升落錘到一定的高度，然后兩位 三通電磁閥換位，汽缸中空氣被擠出，落錘做自由落體運(yùn)動(dòng)打擊加載板上的空氣彈簧。同時(shí) 空氣的排放都經(jīng)過(guò)消聲器，從而減少噪音。
加載系統(tǒng)是由加載板、空氣彈簧以及支架組成?？諝鈴椈煽梢愿淖兛諝獾膭偠?，來(lái)模擬 路堤對(duì)汽車(chē)荷載不同的緩沖和消減效果。
本發(fā)明的有益效果是本儀器能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)荷載的自動(dòng)模擬，而且參數(shù)可調(diào)，操作方便。


圖1為交通荷載現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置結(jié)構(gòu)圖2為加載板下壓力傳感器布置簡(jiǎn)圖3為土壓傳感器和水壓傳感器布置簡(jiǎn)圖。其中，l.位移傳感器l; 2.汽缸；3.導(dǎo)向裝置；4.電腦；5.單片機(jī)；6.兩位三通電磁閥； 7.消聲器；8.節(jié)流閥；9.穩(wěn)壓箱；IO.支架；ll.吊繩；12.落錘；13.空氣彈簧；14.激光位 移計(jì)；15.氣泵；16.加載板，17.土壓傳感器，18.水壓傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1中，它包括支架10，在支架10內(nèi)設(shè)有加載板16和位移檢測(cè)裝置；支架10上部安
裝導(dǎo)向裝置3，導(dǎo)向裝置與氣缸2連接，氣缸2與位移傳感器1連接，位移傳感器l與控制 裝置連接；控制裝置還與氣路開(kāi)關(guān)裝置連接，氣路開(kāi)關(guān)裝置一端與氣缸2連接，另一端氣泵 15連接。
位移監(jiān)測(cè)裝置為激光位移計(jì)14。
導(dǎo)向裝置3內(nèi)設(shè)有吊繩11，吊繩11下端連接落錘12，落錘12下部與空氣彈簧13配合， 空氣彈簧13與加載板16配合；同時(shí)位移傳感器1與吊繩11配合。 氣路開(kāi)關(guān)裝置為兩位三通電磁閥6。 氣缸2和兩位三通電磁閥6上均設(shè)有消聲器7。 控制裝置為單片機(jī)5，它與電腦4連接。
汽缸2經(jīng)兩位三通電磁閥6、節(jié)流閥8、穩(wěn)壓箱9與氣泵15連接。 本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)地基累積沉降模擬方法的實(shí)現(xiàn)步驟
A. 確定試驗(yàn)加載參數(shù)
① 清除地基表層雜物，露出原地表，開(kāi)挖試坑；在擬安放加載板的位置安裝壓力傳感器， 如圖2所示；安裝交通荷載現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置。
② 已知路基高度A、輪載; ，可按下式計(jì)算得到車(chē)載引起的地基上的豎向動(dòng)應(yīng)力峰值
然后擬定落錘高度和空氣彈簧參數(shù)進(jìn)行初次落錘加載，同時(shí)測(cè)試加載板下各壓力傳感 器的輸出值。根據(jù)動(dòng)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較，修正落錘高度和空氣彈簧參數(shù)， 并再次進(jìn)行單次加載，直到應(yīng)力峰值試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值結(jié)果相差不到5%為止。
B. 正式試驗(yàn)與測(cè)試
◎清除地基表層雜物，露出原地表，開(kāi)挖試坑；在地基中心打孔，安放土壓傳感器17 和孔隙水壓力傳感器18 (孔隙水壓力傳感器必須安放在水位以下)，如圖3所示；安
放交通荷載現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，并安裝激光位移傳感器。 ④根據(jù)上述確定的某種工況對(duì)應(yīng)的落錘高度和空氣彈簧參數(shù)，在一定間歇加載時(shí)間下，進(jìn)行試驗(yàn)；同時(shí)對(duì)地表沉降、地基內(nèi)的動(dòng)土壓力及動(dòng)孔隙水壓力進(jìn)行測(cè)試。
(D加載試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)采集地表沉降及地基內(nèi)超靜孔隙水壓力數(shù)據(jù)，以分析地基內(nèi)超 靜孔隙水壓力的消散情況及由此引起的地基固結(jié)沉降。
權(quán)利要求
1. 一種交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，其特征是，它包括支架(10)，在支架(10)內(nèi)設(shè)有加載板(16)和位移檢測(cè)裝置；支架(10)上部安裝導(dǎo)向裝置(3)，導(dǎo)向裝置與氣缸(2)連接，氣缸(2)與位移傳感器(1)連接，位移傳感器(1)與控制裝置連接；控制裝置還與氣路開(kāi)關(guān)裝置連接，氣路開(kāi)關(guān)裝置一端與氣缸(2)連接，另一端氣泵(15)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，其特征是，所述位 移監(jiān)測(cè)裝置為激光位移計(jì)(14)。
3. 如權(quán)利要求1所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，其特征是，所述導(dǎo) 向裝置(3)內(nèi)設(shè)有吊繩(11)，吊繩(11)下端連接落錘(12)，落錘(12)下部與空氣彈簧(13)配合，空氣彈簧(13)與加載板(16)配合；同時(shí)位移傳感器(1)與吊繩(11)配合。
4. 如權(quán)利要求1所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，其特征是，所述氣 路開(kāi)關(guān)裝置為兩位三通電磁閥(6)。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，其特征是，所 述氣缸(2)和兩位三通電磁閥(6)上均設(shè)有消聲器(7)。
6. 如權(quán)利要求1所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，其特征是，所述控 制裝置為單片機(jī)(5)，它與電腦(4)連接。
7. 如權(quán)利要求1或4所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，其特征是，所 述汽缸(2)經(jīng)兩位三通電磁閥(6)、節(jié)流閥(8)、穩(wěn)壓箱(9)與氣泵(15)連接。
8. —種采用權(quán)利要求1所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置的模擬方法， 其特征是，它的步驟為確定試驗(yàn)加載參數(shù)① 清除地基表層雜物，露出原地表，開(kāi)挖試坑；在擬安放加載板的位置安裝土壓力傳感 器，安裝交通荷載現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置；② 己知路基高度//、輪載p，可按下式計(jì)算得到車(chē)載引起的地基上的豎向動(dòng)應(yīng)力峰值豎向動(dòng)應(yīng)力峰值CT-0.54然后擬定落錘高度和空氣彈簧參數(shù)進(jìn)行初次落錘加載，同時(shí)測(cè)試加載板下各壓力傳感器的輸出值;根據(jù)動(dòng)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較，修正落錘高度和空氣彈簧參數(shù)， 并再次進(jìn)行單次加載，直到應(yīng)力峰值試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值結(jié)果相差不到5%為止； 正式試驗(yàn)與測(cè)試③ 清除地基表層雜物，露出原地表，開(kāi)挖試坑；在地基中心打孔，安放土壓傳感器和孔隙水壓力傳感器，安放交通荷載現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置，并安裝激光位移傳感器； 根據(jù)上面確定的某種工況對(duì)應(yīng)的落錘高度和空氣彈簧參數(shù)，在ls-10s的間歇加載時(shí)間下進(jìn)行試驗(yàn)；同時(shí)用土壓力傳感器(17)和孔隙水壓力傳感器(18)對(duì)地表沉降、地基內(nèi)的動(dòng)土壓力及動(dòng)孔隙水壓力進(jìn)行測(cè)試； ⑤加載試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)采集地表沉降及地基內(nèi)超靜孔隙水壓力數(shù)據(jù)，以分析地基內(nèi)超靜孔隙水壓力的消散情況及由此引起的地基固結(jié)沉降。
9.如權(quán)利要求8所述的交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置的模擬方法，其特征 是，所述步驟④中孔隙水壓力傳感器必須安放在水位以下。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種交通荷載作用下地基累積沉降現(xiàn)場(chǎng)模擬裝置及模擬方法。它解決了目前缺少有效規(guī)范模擬裝置，無(wú)法對(duì)累積沉降規(guī)律進(jìn)行科學(xué)研究的問(wèn)題，它實(shí)現(xiàn)交通荷載的自動(dòng)模擬，而且參數(shù)可調(diào)，操作方便。其結(jié)構(gòu)為它包括支架，在支架內(nèi)設(shè)有加載板和位移檢測(cè)裝置；支架上部安裝導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置與氣缸連接，氣缸與位移傳感器連接，位移傳感器與控制裝置連接；控制裝置還與氣路開(kāi)關(guān)裝置連接，氣路開(kāi)關(guān)裝置一端與氣缸連接，另一端氣泵連接。
文檔編號(hào)E02D33/00GK101413275SQ20081015807
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者崔新壯, 董琳琳, 青 金 申請(qǐng)人:山東大學(xué)