申请/专利权人：西南交通大学

申请日：2022-02-18

公开（公告）日：2023-09-22

公开（公告）号：CN114518292B

主分类号：G01N3/08

分类号：G01N3/08;G01N3/32

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.09.22#授权;2022.06.07#实质审查的生效;2022.05.20#公开

摘要：本发明公开了斜跨坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置及试验方法，包括反力架，模型装置、加载装置、监测系统和数据采集系统；模型装置包括采用PVC管模拟坎儿井暗渠和竖井，通过设置不同暗渠与路基荷载中心线间的交角和暗渠埋深，研究高速铁路路基倾斜跨越坎儿井时，上伏路基荷载和高速列车动荷载对路基结构稳定性的影响。本发明可以明确交角和埋深对浅埋坎儿井暗渠塌陷机理的影响机制，评估列车动荷载下高速铁路路基与其倾斜跨越坎儿井的相互作用影响范围，建立跨越不同交角和埋深坎儿井暗渠的高速铁路路基稳定性进评价的基础，填补我国高速铁路路基斜跨坎儿井地区室内模型试验装置方面的技术空白。

主权项：1.一种斜跨坎儿井的高速铁路路基的模型试验装置的试验方法，其特征在于，高速铁路路基的模型试验装置包括反力架，模型装置、加载装置、监测系统和数据采集系统；模型装置包括模型箱，所述模型箱内设置有模型路基和设置在所述模型路基下方的模型地基，所述模型地基中设置有采用PVC管模拟的坎儿井暗渠和坎儿井竖井；所述坎儿井暗渠与线路交角为θ，交角θ为0～90°，在不同交角θ下，获得坎儿井暗渠的塌陷破坏与变形规律；所述加载装置与所述反力架连接，加载装置用于对模型路基施加静载和动载；加载装置包括用于对模型路基施加静载的千斤顶和用于对模型路基施加动载的伺服激振器；监测系统包括设置在模型路基和模型地基表面的位移计、设置在坎儿井暗渠和坎儿井竖井表面的应变计、设置在模型路基和模型地基内的土压力盒和设置在模型地基内的含水率计；数据采集系统与监测系统电性连接；坎儿井暗渠和坎儿井竖井内设置有带有远程开关阀的水囊；试验方法包括以下步骤：S1：模型尺寸计算以不发生边界效应为基准设定模型试验相似比，并根据相似比计算模型箱中填筑的模型路基、模型地基和PVC管的尺寸以及所需填土的质量；S2：填筑试样采用落砂法分层填筑，每层相似材料填筑完成后进行平整、压密，确保填筑过程中每层土的干密度相同；在设计埋深下，将PVC管道放置至模型地基中模拟坎儿井暗渠或竖井，坎儿井暗渠与线路交角为θ，交角θ为0～90°；模拟坎儿井暗渠的PVC管道中预先放置水囊，待模型地基填筑完成后，对水囊排水，得到无支护空洞模拟坎儿井暗渠；S3：布置监测系统模型路基和模型地基中埋设土压力盒和含水率计、PVC管道上安装应变计、模型路基和模型地基表面安装位移计；并将土压力盒、含水率计、应变计和位移计与数据采集系统电性连接；数据采集系统测试监测系统的读数是否正常，如正常进入步骤4，否则进行排查直至读数正常；S4：布置加载装置加载装置与反力架连接，并在加载板上设置一层混凝土垫层；S5：静载加载千斤顶对试样进行加载，间隔1min记录一次数据，当千斤顶加载到比列车荷载高时，停止加载，并记录和整理数据；S6：动载加载激振器以幅值5kN频率10Hz的正弦波形态对试样加载，用以模拟高速列车荷载，观测并记录监测系统数据，直至PVC管破坏或动力循环次数达到10000次时，激振器停止对试样加载；S7：卸载；S8：根据监测系统采集的数据，分析并确定坎儿井与高速铁路路基的相互作用；土压力盒数据获得动载阶段时模型路基和模型地基结构中的土压力分布，进而获取动应力在水平方向和竖向方向的衰减规律，得出高铁荷载对高速铁路路基的影响分布和作用范围；根据位移计采集的位移参数获得动载阶段时模型路基和模型地基的沉降，得到坎儿井的存在对路基沉降的影响；根据应变计采集的应变参数获得动载阶段时坎儿井暗渠和坎儿井竖井的应变量，得到列车荷载对坎儿井变形的影响；将模型试验结果用于评估高速铁路路基倾斜跨越坎儿井相互作用影响范围；根据模型试验结果确定高速铁路路基倾斜跨越坎儿井相互作用影响范围的方法为：分析动应力在水平方向、竖向方向的衰减规律σx，σy，得到高铁荷载的影响范围s1；分析动荷载下坎儿井地基的沉降d，得到坎儿井存在对路基沉降的影响s2；分析动荷载下不同位置坎儿井暗渠Qy和竖井的变形量Qx，得到列车荷载对坎儿井变形的影响s3，得到距离为Scr时的列车荷载下的坎儿井竖井和暗渠不需要加固；σXmax，σYmax为交叉位置地基处的最大水平和竖向动应力；dy为地基表面的沉降量，dymax为最大沉降量；Q为监测的不同位置的坎儿井的变形量，交叉中心位置的暗渠最大变形量为Qmax；竖井的变形量取竖井直径Sd的10％；当满足：σx0.1σXmax、σy0.1σYmax、dy0.1dymax、Qy0.1Qymax和Qx0.1Sd时，确定Scr为临界距离，在临界距离外动荷载对坎儿井对影响可以忽略，确定动荷载的影响范围。

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