重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统的制作方法

本实用新型涉及一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统。

背景技术：

路基的动态模量作为表征路基在车辆循环荷载作用下抗变形能力的主要性能指标，其优劣程度直接影响道路承载能力和使用寿命。因此，对路基模量检测与评价尤为重要。对于无路面结构覆盖的路基(以下简称:成型路基)，通常按静载作于弹性半空间表面的boussinesq理论计算模量。然而，对于在役运营的公路路基结构，由于已有路面结构层的遮蔽，须破碎开挖已有路面结构至路基顶面才能进行测试，探测难度大、操作复杂。目前，通过将道路结构视为均匀层状半空间结构，在不破损道路结构的前提下，采用落锤弯沉仪(fallingweightdeflectometer,简称:fwd)冲击路表测得弯沉盆，以层状弹性体系静力理论反演路基路面各层模量平均值是目前国内外感知在役路基模量的主要理论与方法。然而，主要存在的问题有：1)在评价路基模量的过程中，测试的力学响应为动态响应，而作为结构分析理论目前仍多以弹性层状静力学为主，与实际车辆动荷载工况不符；2)由于路基沿深度方向压实控制标准要求不同，同时相关研究表明车辆荷载传到路基工作区100cm深度范围的附加应力变化剧烈，这样实际工况下路基的应力与湿密状态沿深度方向变化明显。据相关研究，土体的模量受应力状态的影响十分敏感，而目前已有测试在役路基模量方法及相应装置均未考虑应力状态的影响；3)特定应力和湿密状态下的土体室内动三轴测试仅能反映土体填料的动态模量，且基于σ2＝σ3的假定，不能模拟拥有上覆路面结构的在役路基结构的真实三维受力状况。针对上述问题，在役路基结构分析模型从静力向动力转变，探索新的测试理论及相应装置的开发，是未来公路施工质量控制和长期性能监测的发展要求和急需解决的重要科学问题之一。

技术实现要素：

为了准确模拟典型在役公路路基结构，实现室内试验测试在役公路路基动态力学响应，本实用新型提供一种便于使用的重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，

一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，包括箱体、反力架和压力装置，所述的箱体为中空以容纳用于模拟路基的土体，所述的反力架包括两块支撑板和一块横梁，所述的两块支撑板平行的竖直设置于箱体相对的两侧壁上且伸出至箱体侧壁上方，所述的横梁两端分别连接至两块支撑板上以使自身处于箱体上方，所述的压力装置一端固定于反力架上，另一端接触箱体内的土体以对土体施加压力。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的箱体包括四块竖直设置的侧壁和一块设置于侧壁底部的底面板，所述的四块侧壁依次首尾连接并形成与底面板形状相匹配的矩形体，所述的底面板设置于四块侧壁的底部。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的底面板沿边缘预留有竖直的底面板螺孔，所述的侧壁在与底面板连接的侧边上沿竖直方向设有与底面板螺孔位置相匹配的底螺孔，侧壁与底面板通过螺栓穿过底面板螺孔和底螺孔连接固定。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的侧壁包括两块纵向侧壁和两块横向侧壁，所述的纵向侧壁与横向侧壁互相垂直以形成矩形体，纵向侧壁在与横向侧壁连接的边缘上设有纵向的纵壁螺孔，横向侧壁在与纵向侧壁连接的边缘上设有与纵壁螺孔方向相同且位置相匹配的横壁螺孔，螺栓穿过横壁螺孔和纵壁螺孔以连接各侧壁。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，还包括三维土压力盒，所述的三维土压力盒埋设于箱体内土体内，箱体在侧壁及底部设有多个位置不同的孔洞，三维土压力盒的数据线通过离三维土压力盒最近的孔洞伸出至箱体外并连接外部的信号接收装置。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的箱体的侧壁上设有多个向内凹陷的凹槽以作为把手。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的箱体底部设有行走轮。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的反力架的两块支撑板上均设有一组位置相同的用于连接箱体的支撑板螺孔，其中一组的数量至少为两个，所述的箱体的每一块侧壁上均设有多组与支撑板螺孔相匹配的反力架螺孔，其中平行的两块侧壁上的每组反力架螺孔位置均互相匹配，以将反力架根据需要安装在箱体的不同位置。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的反力架的两块支撑板上在相同位置均设有多个用于插入横梁的反力架横梁槽口，所述的横梁两端分别插入至两块支撑板上相同位置的反力架横梁槽口以进行固定。

所述的一种重复荷载作用下在役公路路基动态模量缩尺测试系统，所述的压力装置包括偏球座、作动器、承载板和油压表盘，所述的偏球座固定于反力架的横梁下表面，所述的作动器一端连接偏球座，另一端连接承载板，承载板下表面接触箱体内的土体，所述的油压表盘设置于作动器上。

本实用新型的技术效果在于，相比承载板法、弯沉法、fwd和室内动三轴试验等试验方法及设备而言，本实用新型系统可使工程中的实际工况在实验室中再现，建立典型在役公路路基动态模量预估模型。除此之外，此研发测试系统可广泛应用于不同路面结构类型、不同路面材料、不同路基填料所组成的在役公路路基结构，可通过模拟交通重复动荷载并获悉在役公路路基结构的应力响应状态，实现现场在役公路路基跟踪监测的室内化和精细化。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型底面板的结构示意图；

图3为本实用新型偏球座的结构示意图；

图4为本实用新型三维土压力盒的结构示意图；

其中1为箱体、2为支撑板、3为横梁、4为底面板、5为底面板螺孔、6为纵向侧壁、7为横向侧壁、8为三维土压力盒、9为数据线、10为信号接收装置、11为把手、12为行走轮、13为支撑板螺孔、14为反力架螺孔、15为反力架横梁槽口、16为偏球座、17为作动器、18为承载板、19为油压表盘、20为孔洞、21为纵壁螺孔、22为横壁螺孔、23为底面板螺孔、24为底螺孔、25为支撑板螺孔、26为反力架螺孔、27为偏球座螺孔、28为偏球座上盖、29为偏球座下盖、30为内置小球、31为作动器预顶槽口。

具体实施方式

本实施例中采用反力架及作动器，提供向下重复荷载；采用油压表盘，通过读取数值，记录重复荷载大小；采用偏球座(含座帽)及内部设置的钢球，使作动器提供的荷载大小以近似点荷载形式均匀传递给反力架横梁。采用刚性承载板，将反力架提供的反向荷载传递作用于在役路基结构；采用行走装置，使箱体便于移动至任何位置；采用三维土压力盒，实测在役路基在不同加压荷载作用下、不同压实度、不同含水量状态土中的三维全应力状态，可长期进行动态测试，实现在役路基中全应力的提取。在通过本实施例得到荷载及三维全应力状态的数据后，分析人员即可通过在役路基结构中全应力计算主应力和八面体剪应力，结合路基土动模量应力相关的非线性特征，以此获得在役路基结构在重复荷载作用下的动态模量。

参见图1，本实施例包括箱体、反力架和压力装置。箱体为中空以容纳用于模拟路基的土体。反力架包括两块支撑板和一块横梁，两块支撑板平行的竖直设置于箱体相对的两侧壁上且伸出至箱体侧壁上方，横梁两端分别连接至两块支撑板上以使自身处于箱体上方，压力装置一端固定于反力架上，另一端接触箱体内的土体以对土体施加压力。

参见图2，为了便于使用及在完成试验后的收纳，箱体是由四块竖直设置的侧壁和一块设置于侧壁底部的底面板拼装而成，四块侧壁依次首尾连接并形成与底面板形状相匹配的矩形体，底面板设置于四块侧壁的底部。在使用时将这四块侧壁和一块底面板拼接起来形成一个上部开口的矩形体，使用完毕后可根据需要进行拆解。这种结构也便于本系统的运输。

本实施例的装卸，是通过螺孔和螺栓的配合来实现的。其中底面板沿边缘预留有竖直的底面板螺孔，侧壁在与底面板连接的侧边上沿竖直方向设有与底面板螺孔位置相匹配的底螺孔，侧壁与底面板通过螺栓穿过底面板螺孔和底螺孔连接固定。

参见图3，为了实现较好的密封效果，底面板在连接侧壁处的边缘位置是凹陷的。即底面板的边缘开槽，使其厚度要低于底面板中间部分的厚度。这样能使侧壁和底面板之间的连接部分形成弯折，从而提高箱体的密封效果。

本实施例四块侧壁之间的连接也是通过螺孔与螺栓来实现的。其中侧壁包括两块纵向侧壁和两块横向侧壁，纵向侧壁与横向侧壁互相垂直以形成矩形体的四面侧壁。纵向侧壁在与横向侧壁连接的边缘上设有纵向的纵壁螺孔，即纵壁螺孔是由纵向侧壁的边缘向纵向侧壁内部延伸的。而横向侧壁在与纵向侧壁连接的边缘上设有与纵壁螺孔方向相同且位置相匹配的横壁螺孔，即横壁螺孔是打穿了横向侧壁的两个表面。这样再使用螺栓穿过横壁螺孔和纵壁螺孔以连接各侧壁。

参见图4，为了进行土体内部的受力检测，本实施例还包括三维土压力盒，三维土压力盒埋设于箱体内土体内。为了便于三维土压力盒将采集到的信号传输出来，箱体在侧壁及底部设有多个位置不同的孔洞，三维土压力盒的数据线通过离三维土压力盒最近的孔洞伸出至箱体外并连接外部的信号接收装置。而未使用的孔洞在箱体内填充土体之前可采用胶纸或塞子临时封闭。

为了便于在进行箱体装配时的操作以及搬运箱体，本实施例箱体的侧壁上设有多个向内凹陷的凹槽以作为把手。

进一步的，为了移动箱体，本实施例的箱体底部设有行走轮。行走轮可采用可拆卸式设计，通过螺栓连接至底面板的行走轮螺孔。也可以采用折叠或者伸缩式的设计，这些设计均可参考市面上常见的形式即可实现。

为了便于测试箱体内不同位置的土体情况，本实施例的反力架的两块支撑板上均设有一组位置相同的用于连接箱体的支撑板螺孔，其中一组的数量至少为两个，箱体的每一块侧壁上均设有多组与支撑板螺孔相匹配的反力架螺孔，其中平行的两块侧壁上的每组反力架螺孔位置均互相匹配，以将反力架根据需要安装在箱体的不同位置。

为了适应不同土体实验要求，反力架的两块支撑板上在相同位置均设有多个用于插入横梁的反力架横梁槽口，横梁两端分别插入至两块支撑板上相同位置的反力架横梁槽口以进行固定。这样可调整压力装置与箱体内土体的距离，便于实际操作。

参见图，为了实现施加荷载，本实施例的压力装置包括偏球座、作动器、承载板和油压表盘，偏球座固定于反力架的横梁下表面，作动器一端连接偏球座，另一端连接承载板，承载板下表面接触箱体内的土体，油压表盘设置于作动器上以便于操作人员读取具体的荷载值。

在实际使用时，首先采用螺栓将纵向侧壁、横向侧壁和底面板拼装为箱体，然后再在底面板下安装行走装置。其中行走装置可以采用螺栓安装在底面板的行走轮螺孔处。然后向箱体内分层填筑不同含水率、压实度的土体，直至距试槽顶面30cm后，再放置水泥稳定碎石面板、沥青混凝土面板或水泥混凝土面板，以模拟在役公路路基结构工况。在填筑土体过程中，将三维土压力盒预埋进填土中，并将三维土压力盒的数据线通过孔洞与外部的全应力数据采集系统进行连接。然后采用螺栓将反力架的支撑板与箱体的侧壁进行连接，同时采用螺栓穿过反力架的横梁上的偏球座螺孔与偏球座进行连接，再将组装后的横梁通过反力架横梁槽口连接在支撑板上。偏球座是通过螺栓来将偏球座的上、下盖以及偏球座所需的内置小球组装形成偏球座整体。其中偏球座的下盖底部设有作动器预顶槽口，作动器的顶部卡入该槽口内，然后在箱体内土体顶部的检测点上放置刚性承载板，即可开始施加荷载。其中作动器上还可根据需要安装油压表盘，以便于操作人员直观的读取并记录具体的荷载值。在施加荷载的同时实时采集在役路基在重复荷载作用下土体中全应力大小数据，结合路基土动态模量与应力相关的非线性特征，进而便于后期建立在役路基动态模量的预估模型。