专利名称:一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，包括能够与振动台连接的沙箱和设置在沙箱内的路堤模型，沙箱的有机玻璃和木板外设置有跟踪粒子和标尺，路堤模型相邻层的风积沙中的下层风积沙的长度大于上层风积沙，从而形成边坡，路堤模型设置有若干加速度传感器、土压力传感器和位移传感器；沙箱三个侧面上设置的跟踪粒子均对应设置有补充光源和摄像机，三台摄像机均连接计算机数据采集控制台，沙箱两侧使用有机玻璃板，进而使得试验现象更加容易观测；为了减轻沙箱的重量，避免试验资源的浪费，沙箱的一侧使用复合型木板，满足使用要求的同时最大程度的减小了箱体重量，方便了试验与运输，增加振动台振动效率。
【专利说明】一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于专用器材领域，具体涉及一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性 的装置。
【背景技术】
[0002] 我国是一个多沙漠的国家，沙漠（地）主要分布在新疆、甘肃、内蒙古、宁夏、青海、 吉林、辽宁、陕西及黑龙江等九省区。最著名的沙漠有：新疆塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠、 准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠、内蒙古的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠、青海的柴达木盆地 沙漠、陕西、宁夏与内蒙古三省区接壤的毛乌素沙漠等。由于沙漠地区主要分布西部偏远地 区。该地区地域广阔，人烟烯少，土地荒芜。因此，二十世纪八十年代以前的公路主要为居 住偏远分散的各民族人民的交通和联系服务，道路等级低，养护维修质量差，并经常受到沙 埋、风蚀等病害的影响，中断交通的事故时有发生。受经济条件和对沙漠公路认识水平的限 制，防沙埋及风蚀病害是当时公路工程建设中的主要技术问题。
[0003] 近十几年来，随着我国经济建设的恢复和迅速发展，对西部边疆战略位置认识的 加深，以及对西部地区矿产资源的勘探和逐步开发利用，沙漠地区的公路从道路等级到建 设速度都有了质的飞跃。1996年，210国道陕西榆林过境线二级沙漠公路进入设计施工阶 段，遇到很多填方高度大于3. Om的较高路堤，最高者达18. 57m，5. Om至11. Om的路堤较普 遍。随后的时间里，内蒙古地区也在研究和总结经验基础上相继修建了多条沙漠二级（或 准二级）公路，例如国道109线、省道S214线、省道SlO 1线、省道S304线及国道207线等。新 疆地区古尔班通古特沙漠公路及塔中至且末沙漠三级公路也在近年内相继建成通车。2000 年，我国第一条沙漠高速公路-榆林至靖边高速公路开工建设。该公路全长115. 864km， 路线位于陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠南缘的长城沿线风沙区。到目前为止，其它省区也 有多条沙漠等级公路已建成或正在建设中。
[0004] 然而，我国地处环太平洋地震带、地中海-喜马拉雅地震带交汇处，有80 %的国土 位移VI度以上烈度区，有60 %的国土、50 %的城市、67 %的大城市位移VII度及以上烈度 区，2000年至今，我国共发生地震2万余次，其中6级以上强震有230余次，地震灾害发生的 特点也在逐步发生变化。例如，强震次数增多，西部人口稠密区发生地震概率加大，人口伤 亡和经济损失严重，沙漠地区地震次数增加等。地震的发生虽然为偶然事件，发生频率不 是很大，但是一旦发生所造成的破坏却是灾难性的，对于高等级公路也不例外，路堤是公 路最普遍的结构，具有量多面广的特点，一是遭到震害，其破坏是普遍性的，其震害对整个 公路而言，不比桥梁等关键结构差。因此，为了我国沙漠高速公路事业的长远发展，开展路 堤结构在地震动荷载作用下动力响应特点的研究是沙漠公路行业目前迫切需要解决的问 题。但是目前国内对高填方沙漠公路抗震性能的研究还处于空白状态。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种分析路堤在地震荷载作用下稳定 性的装置，分析比较不同因素对地震荷载作用下的路堤边坡的稳定性影响，同时分析研究 高边坡路堤在地震荷载作用下的动力响应变化规律。
[0006] 为了达到上述目的，一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，包括能够与 振动台连接的沙箱和设置在沙箱内的路堤模型；
[0007] 所述沙箱包括矩形底板，底板的四角上均设置有与底板垂直的四角立柱，底板上 一组相向边上均设置有与四角立柱等高的有机玻璃，底板的另外一个边上设置有木板，有 机玻璃和木板外设置有跟踪粒子和标尺；
[0008] 所述路堤模型包括置于沙箱底板上的沙层，以及设置在沙层的若干层风积沙，相 邻层的风积沙中的下层风积沙的长度大于上层风积沙，从而形成边坡，风积沙的垂直面上 从内到外设置有塑料薄膜和防水海绵，防水海绵与木板接触；
[0009] 所述相邻层风积沙间设置有若干加速度传感器，顶层风积沙下方和边坡下方设置 有土压力传感器，顶层风积沙上方和包边材料上方设置有位移传感器；
[0010] 所述沙箱三个侧面上设置的跟踪粒子均对应设置有补充光源和摄像机，三台摄像 机均连接计算机数据采集控制台。
[0011] 所述底板上设置有钢板，钢板上坚直设置有若干钢片。
[0012] 所述底板上设置有有机玻璃的边上对应设置有支撑立柱，对应的支撑立柱上设置 有加强筋，有机玻璃和木板的外侧也设置有加强筋。
[0013] 所述路堤模型的沙层与底板间设置有碎石层。
[0014] 所述若干层风积沙形成的边坡为斜面或从上到下依次增大的台阶面。
[0015] 所述若干层风积沙所组成的边坡上覆盖有包边材料。
[0016] 所述加速度传感器采用压电式传感器东华DH301 ;土压力传感器采用DBY-I型侧 出线传感器；位移传感器采用拉线式的，型号为开思KS20-200-05-C12。
[0017] 与现有技术相比，本实用新型采用三面封闭一面开口是设计，使路堤模型边坡制 作过程中更加方便，传感器安装更加快捷，为了配合PIV技术的实现，沙箱两侧使用有机 玻璃板，进而使得试验现象更加容易观测，通过使用Piv技术，使本装置具有较高的测量精 度；为了减轻沙箱的重量，避免试验资源的浪费，沙箱的一侧使用复合型木板，真正的做到 了满足使用要求的同时最大程度的减小了箱体重量，方便了试验与运输，增加振动台振动 效率。
[0018] 进一步的，本实用新型在钢板上坚直设置有若干钢片，增加路堤模型与箱体底座 之间的摩擦力。
[0019] 进一步的，本实用新型设置有加强筋，能够防止该装置在吊装运输及激振过程中 框架产生变形。
[0020] 进一步的，本实用新型设置有碎石层，增加路堤模型与沙箱底部的摩擦。
[0021] 进一步的，本实用新型的边坡能够为两种结构，提高了本装置的适用性。
[0022] 进一步的，本实用新型设置有包边材料，能够测试坡率相同时，有粘土包边与无包 边措施两种情况下，边坡在地震荷载作用下的稳定性。
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的现场平面布置图；
[0024] 图2为本实用新型沙箱的俯视图；
[0025] 图3为本实用新型路堤模型的结构示意图；
[0026] 图4为本实用新型路堤模型方案1的示意图；
[0027] 图5为本实用新型路堤模型方案2的示意图；
[0028] 图6为本实用新型路堤模型的传感器布置图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0030] 参加图1、图2和图3, 一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，包括能够与 振动台连接的沙箱1和设置在沙箱内的路堤模型2 ;沙箱1包括矩形底板1-1，底板1-1上 设置有钢板，钢板上坚直设置有若干钢片，底板1-1的四角上均设置有与底板1-1垂直的四 角立柱1-2,底板1-1上一组相向边上均设置有与四角立柱1-2等高的有机玻璃1-3,底板 1-1的另外一个边上设置有木板1-4,有机玻璃1-3和木板1-4外设置有跟踪粒子3和标尺 5 ;底板1-1上设置有有机玻璃1-3的边上对应设置有支撑立柱1-5,对应的支撑立柱1-5上 设置有加强筋1-6,有机玻璃1-3和木板1-4的外侧也设置有加强筋。路堤模型2包括置于 沙箱底板1-1上的沙层2-1，路堤模型的沙层2-1与底板1-1间设置有碎石层2-9,以及设 置在沙层2-1的若干层风积沙2-4,相邻层的风积沙2-4中的下层风积沙2-4的长度大于上 层风积沙2-4,从而形成边坡，边坡为斜面或从上到下依次增大的台阶面，边坡上覆盖有包 边材料2-5,风积沙2-4的垂直面上从内到外设置有塑料薄膜2-2和防水海绵2-3,防水海 绵2-3与木板1-4接触；
[0031] 参加图6,相邻层风积沙2-4间设置有若干加速度传感器2-6,顶层风积沙下方和 边坡下方设置有土压力传感器2-7,顶层风积沙上方和包边材料2-5上方设置有位移传感 器2-8 ;加速度传感器2-6采用压电式传感器东华DH301 ;土压力传感器2-7采用DBY-I型 侧出线传感器；位移传感器2-8采用拉线式的，型号为开思KS20-200-05-C12。沙箱1三个 侧面上设置的跟踪粒子3均对应设置有补充光源6和摄像机7,三台摄像机7均连接计算机 数据采集控制台。
[0032] 边坡的成型采用以下两个方案：
[0033] 方案 1 :
[0034] 用L型挡板2-10辅助边坡压实，先把路堤模型2制作成阶梯状，再利用切削到切 削成型，带有包边层的边坡制作采用两填两削的方式成型，第一次填筑路堤部分后，削掉多 余的砂土，第二次加入包边材料进行填筑压实，再削掉多余包边层材料，最终包边后的边坡 成型。
[0035] 方案 2 :
[0036] 采用直接填筑法，在有机玻璃上用记号笔画出各层的填筑厚度及边坡坡度的轮廓 线，各层填筑料按照画好的线分层填筑成型。带有粘土包边的边坡，边坡部分风积沙与包边 粘土分别画出各自的轮廓线，按线填筑压实。
[0037] 实施例1 :
[0038] -、模型箱的设计及制作
[0039] (1)本试验采用三面封闭一面开口的刚性模型箱，模型箱尺寸约 1960*1700*800 (长*宽*高），采用40*3型的等边角钢做框架，两侧安装20mm厚的有机玻 璃，另一侧安装20mm厚的复合型木板；采用100*100*3(长*宽*高）型H钢做底座，底座 上铺设2mm厚钢板，钢板上不均匀随机坚向焊接小钢片，目的是为了增加路堤模型与箱体 底座之间的摩擦力；模型箱底座与振动台之间通过螺栓连接，底座H型钢上切有用于固定 螺栓的开口。为防止模型箱在吊装运输及激振过程中框架产生变形，在模型箱上部及木板 箱壁处增设加强筋，加强筋通过螺栓与框架连接。
[0040] 2模型的设计及制作
[0041] (1)模型尺寸及路面荷载的估算
[0042] 本试验设计原型路堤高度21米，包边层厚度取100cm，路面荷载估算以长春至深 圳高速公路新民至鲁北联络线好力堡至通辽段沙漠高速路面结构为依据进行估算，其中水 泥稳定土层 40cm(20cm，20cm)，比重 2. 2 ?2. 3 ;浙青混凝土层为 16cm(7cm, 5cm, 4cm)，比 重2. 4?2. 5,由此可知原型路面结构平均比重2. 3?2. 4。模型路面荷载采用0?2. 36mm 砂石料施加，砂石料与路堤模型上表面用聚乙烯塑料薄膜分隔。由于条件有限，本模型采用 1:30的比例进行制作与试验，三组模型的具体尺寸及参数见表1。
[0043] 表1模型尺寸参数情况表
[0044]
【权利要求】
1. 一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在于：包括能够与振动台连 接的沙箱（1)和设置在沙箱内的路堤模型（2); 所述沙箱（1)包括矩形底板（1-1)，底板（1-1)的四角上均设置有与底板（1-1)垂直 的四角立柱（1-2)，底板（1-1)上一组相向边上均设置有与四角立柱（1-2)等高的有机玻 璃（1-3)，底板（1-1)的另外一个边上设置有木板（1-4)，有机玻璃（1-3)和木板（1-4)外 设置有跟踪粒子（3)和标尺（5); 所述路堤模型（2)包括置于沙箱底板（1-1)上的沙层（2-1)，以及设置在沙层（2-1)的 若干层风积沙（2-4)，相邻层的风积沙（2-4)中的下层风积沙（2-4)的长度大于上层风积沙 (2-4)，从而形成边坡，风积沙（2-4)的垂直面上从内到外设置有塑料薄膜（2-2)和防水海 绵（2-3)，防水海绵（2-3)与木板（1-4)接触； 所述相邻层风积沙（2-4)间设置有若干加速度传感器（2-6)，顶层风积沙下方和边坡 下方设置有土压力传感器（2-7)，顶层风积沙上方和包边材料（2-5)上方设置有位移传感 器（2-8); 所述沙箱（1)三个侧面上设置的跟踪粒子（3)均对应设置有补充光源（6)和摄像机 (7)，三台摄像机（7)均连接计算机数据采集控制台。2. 根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在 于：所述底板（1-1)上设置有钢板，钢板上坚直设置有若干钢片。3. 根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在 于：所述底板（1-1)上设置有有机玻璃（1-3)的边上对应设置有支撑立柱（1-5)，对应的支 撑立柱（1-5)上设置有加强筋（1-6)，有机玻璃（1-3)和木板（1-4)的外侧也设置有加强 筋。4. 根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在 于：所述路堤模型的沙层（2-1)与底板（1-1)间设置有碎石层（2-9)。5. 根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在 于：所述若干层风积沙（2-4)形成的边坡为斜面或从上到下依次增大的台阶面。6. 根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在 于：所述若干层风积沙（2-4)所组成的边坡上覆盖有包边材料（2-5)。7. 根据权利要求1所述的一种分析路堤在地震荷载作用下稳定性的装置，其特征在 于：所述加速度传感器（2-6)采用压电式传感器东华DH301 ;土压力传感器（2-7)采用 DBY-I型侧出线传感器；位移传感器（2-8)采用拉线式的，型号为开思KS20-200-05-C12。
【文档编号】G01M7-02GK204269328SQ201420753119
【发明者】王文义, 张铁柱, 刘惠兴, 周志军, 时绍波, 徐冠军 [申请人]长安大学