一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置及应力变形测量方法与流程

本发明属于岩土工程变形测量，特别涉及弱膨胀岩土互层结构胀缩变形测量领域，具体涉及一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置及应力变形测量方法。

背景技术：

1、弱膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩开裂的特种黏性土，其矿物成分以强亲水性矿物蒙脱石和伊利石为主，在自然条件下多呈硬塑或坚硬状态，裂隙较发育，常见光滑和擦痕，裂缝随气候变化张开和闭合，并具有反复胀缩特性。我国部分高速铁路沿线广泛存在弱膨胀岩土互层结构，易出现许多工程病害，这主要是由于不同种类弱膨胀岩土的水理性质不同，与水发生相互作用时，其物理力学性质产生变化，胀缩性较强的岩土容易出现软化、泥化甚至崩解的现象，并导致互层结构悬空失稳，最终诱发整体破坏，不利于高速铁路工程的建设及运行安全。且我国高速铁路项目一般均采用无砟轨道结构形式，无砟轨道结构采用刚性较大的黏结硬化材料作为道床板，一方面使得轨道系统的荷载传递、扩散功能显著提高，但另一方面其适应下部结构沉降变形的能力却大幅下降。因此，对弱膨胀岩土互层结构地区高速铁路无砟轨道路基的胀缩变形控制尤为重要，而定量预估与评价弱膨胀岩土互层结构地区高速铁路无砟轨道路基的胀缩变形特性，是有效控制其胀缩变形的关键。

2、因此，在室内开展弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量试验研究，有助于探寻高速铁路交通高频重载作用下，弱膨胀岩土互层结构地区高速铁路无砟轨道路基胀缩变形机理，从而研究弱膨胀岩土互层结构地区高速铁路无砟轨道路基胀缩变形控制关键技术。但目前还未找到成熟且广泛应用的弱膨胀岩土互层结构在水-荷共同作用下的胀缩变形特性测量装置。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置及应力变形测量方法，用于模拟探明不同产状及层厚比条件下弱膨胀岩土互层结构地区高速铁路无砟轨道路基在高速铁路交通高频重载和水作用下的胀缩变形机理。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置，其特征在于：

4、包括反力架，所述反力架的底座上设置有装样模型箱，所述装样模型箱内设置有试样；试样表面设置有压力薄膜，所述压力薄膜上设置有承载板；

5、所述反力架顶部、装样模型箱正上方设置有高频重载作动器，所述高频重载作动器末端设置有六维力传感器；

6、承载板上表面设置有4个变形监测点，所述4个变形监测点的正上方、反力架顶部设置有激光位移传感器；

7、进一步，所述反力架顶部设置有滑轨，所述滑轨上设置有电动葫芦；

8、进一步，所述装样模型箱为四方体结构，顶部开口，前侧采用高强透明有机玻璃，其余侧面采用双层钢板；所述双层钢板的内层钢板上设置有透水孔，内层钢板上铺设土工布；左、右两侧分别焊接吊耳，后侧设置水阀；

9、采用一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置的应力变形测量方法，包括如下步骤：

10、步骤一：在装样模型箱内分层填筑不同产状及层厚比的试样并整平，通过电动葫芦和滑轨将装样模型箱迁移至高频重载作动器正下方；

11、步骤二：将压力薄膜接触面与试样表面贴合，并在所述压力薄膜上方放置承载板；

12、步骤三：将六维力传感器安装于高频重载作动器的末端，在反力架顶部布置激光位移传感器，并在所述承载板的四角布置与所述激光位移传感器相对应的4个变形监测点，布置完成后将所述六维力传感器、压力薄膜以及激光位移传感器连接至数据采集系统；

13、步骤四：打开水阀，通过水管向双层钢板之间的空隙缓慢注水，直至水面恰好浸没承载板表面，停止注水，关闭水阀并静置20min；待水分通过内层钢板表面的透水孔充分渗入试样，启动高频重载作动器，使六维力传感器与承载板接触并进行预加载；

14、步骤五：按照试验需要确定加载的荷载等级以及频率等参数，正式进行试验，六维力传感器和压力薄膜将采集的试样表面的胀缩应力分布情况传输至数据采集系统；激光位移传感器将采集的试样的胀缩变形数据传输至数据采集系统。

15、本发明的有益效果：

16、1)本发明提供了一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置，该装置结构简单、易于操作、结构各部件互不影响，某一部件损坏时易于更换；

17、2)本发明操作简单，且数据精确度高，可以实现模拟探明不同产状及层厚比条件下弱膨胀岩土互层结构地区高速铁路无砟轨道路基在高速铁路交通高频重载和水作用下的胀缩变形机理；

18、3)本发明在装样模型箱内进行，可通过高强透明有机玻璃实现对试样的产状、层厚比及侧向变形情况的观察和图像记录，有效避免了外部环境和人为因素的干扰。

技术特征：

1.一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置，其特征在于：所述反力架(2)顶部设置有滑轨(5)，所述滑轨(5)上设置有电动葫芦(6)。

3.根据权利要求2所述的一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置，其特征在于：所述装样模型箱(1)为四方体结构，顶部开口，前侧采用高强透明有机玻璃(10)，其余侧面采用双层钢板(9)；所述双层钢板(9)的内层钢板(13)上设置有透水孔(15)，内层钢板(13)上铺设土工布；左、右两侧分别焊接吊耳(11)，后侧设置水阀(12)。

4.采用如权利要求1-3所述的任一项装置的应力变形测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种弱膨胀岩土互层结构胀缩变形特性测量装置及应力变形测量方法。目前还未找到成熟的弱膨胀岩土互层结构在水‑荷共同作用下的胀缩变形特性测量装置。本发明反力架底座上设有模型箱；箱内试样表面设有压力薄膜，薄膜上有承载板；模型箱正上方设有作动器，作动器末端设有六维力传感器；承载板上设有变形监测点，监测点正上方设有激光位移传感器；模型箱前侧采用高强透明玻璃，其余侧面采用双层钢板；双层钢板的内层钢板上设有透水孔；左、右两侧分别焊接吊耳，后侧设置水阀。本发明可实现不同产状及层厚比条件下弱膨胀岩土互层结构在高频重载和水的作用下胀缩变形特性的测量。

技术研发人员：王亚宁,李肖伦,李鲲,陈德,朱艳贵,索蔚辰,姚弈博
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15