[实用新型]一种高速铁路无砟轨道路基动力学模型试验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及路基动力学模型试验系统，尤其是涉及一种高速铁路无砟轨道路基动力学模型试验系统。

背景技术

目前，我国在300km/h及以上客运专线铁路上普遍采用无砟轨道技术。由于无砟轨道已经松散的道砟换成了刚度巨大的钢筋混凝土材料，使得无砟轨道结构对路基的变形和刚度极其敏感。列车的高速运行对轨道结构和路基土体的动力性能提出了很高的要求。列车速度的提高，导致轨道结构的振动加剧，尤其当列车速度接近土体的临界波速时，土体的动力响应急剧增加。列车速度的提高，导致路基内部动应力的影响范围变大，使得路基的不均匀沉降变大，进而引起轨道的不平顺，加剧了车轨的动力相互作用。路基变形的控制已经达到了亚厘米—毫米级，如：无砟轨道路基的工后零沉降理论、一般路基工后沉降不大于15mm、路基与其它结构交界处的差异沉降不大于5mm等，这些技术标准和工程问题已经超出了目前国际上对岩土材料极其构筑物工程特性的认识水平。目前，高速铁路动力学试验的研究手段主要有室内模型试验和现场原位测试两种。室内模型试验受到场地尺寸和列车速度的限制，不易实现真车的高速移动加载；现场原位测试虽然可以采用真实的列车高速运行，但所处的环境比较复杂不易控制，且对监测设备的要求很高。如西南交通大学建立了室内1:3的模型试验，进行无砟轨道定点循环加载试验，这与模拟列车的运行荷载还有很大的差距。再如北京东郊环形道无砟轨道试验段采用真车进行现场模拟试验，可以实现不同列车速度下的动力学试验，不足之处是：现场的地质条件和环境条件不可控，轨道和路基模型无法实现重复制作性。

发明内容

为了克服现有室内模型试验和现场原位测试的不足，本实用新型的目的在于提供一种高速铁路无砟轨道路基动力学模型试验系统，本实用新型不仅可以实现室内模型试验的模型环境可控性，还可以实现现场原位测试的列车荷载移动性，从而在室内模型试验中实现“假车真路”的动力学模拟试验。

本实用新型采用的技术方案是：

该系统由模型试验箱、高速铁路无砟轨道路基模型、激励系统和监测系统构成；其中：

1) 模型试验箱：是由四个侧面钢板和底板构成的长方形钢结构模型槽；

2) 高速铁路无砟轨道路基模型：在模型试验箱底板上由下至上依次设置有碎石和砂垫层、地基、基床底层、基床表层、混凝土底座、CA砂浆、轨道板、扣件系统和两根钢轨；两根钢轨通过扣件系统连接在轨道板上，基床底层和基床表层构成基床底层底面大而基床表层上面小其坡度为1:1.5的梯形体；

3) 激励系统：包括多个激振器、与激振器个数相同的分配梁；分配梁按照扣件系统的间距设置在两根钢轨上，每个激振器分别安置于各自的分配梁上表面中心；

4) 监测系统：包括多个动态土压力传感器、多个分层沉降计、多个钢筋应变计、多个位移传感器和多个加速度传感器。

多个动态土压力传感器分别布置在混凝土底座正下方区域的地基中间厚度处、基床底层与地基结合处、基床底层中间厚度、基床底层与基床表层结合处和基床表层与混凝土底座结合处。

多个分层沉降计分别布置在混凝土底座正下方区域的基床底层与地基结合处、基床底层与基床表层结合处和基床底层与混凝土底座结合处。

多个钢筋应变计按照扣件系统的间距分别连接在混凝土底座上下表层的两层钢筋上，位置分别对应于上方的两根钢轨及轨道板纵向中心线。

多个位移传感器按照扣件系统的间距分别布置在轨道板表面的纵向中心线及轨道板两侧靠近扣件系统处。

多个加速度传感器按照扣件系统的间距分别布置在轨道板表面的纵向中心线及轨道板两侧靠近扣件系统处。

所述的模型试验箱底部的碎石和砂垫层内设有控制水位用的供水管网。

所述的基床底层上方的模型试验箱顶部两侧设有模拟降水用的喷淋系统。

所述的多个动态土压力传感器分别对应于上方的扣件系统中心处、轨道板纵向中心线处和混凝土底座横向边缘位置；多个分层沉降计分别对应于上方的扣件系统中心处、轨道板纵向中心线处和混凝土底座横向边缘位置。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

(1)可产生多种致灾和加固条件，模拟功能多，包括地下水位变动、真空预压、复合地基、桩基等；

(2)高速铁路无砟轨道路基模型中土层条件、地下水位、初始应力状态及边界条件可控、已知；

(3)可代替真实列车，模拟列车的运行过程；

(4)可模拟列车不同速度和轨道不平顺时的轮轨垂向相互作用；