[发明专利]均布荷载下差异材料界面试验装置及光弹试验方法

说明书

技术领域

本发明属于地基与基础工程试验研究领域，具体涉及对模拟在差异地基土体特性材料均布荷载下边界层附加应力的传递机理及变形分析的一种光弹模型试验装置及方法。 

背景技术

根据国务院《中长期铁路网规划》，到2020年我国铁路将修建“四纵四横”铁路快速客运通道以及环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区三个城际客运系统，建设客运专线1.6万km以上。此外，为提升铁路货运运输能力，在“十一五”期间，我国已实现全国铁路2.8万km重载运输网络。提速、高速和重载已成为我国铁路交通的新特点并作为国家重大发展战略列入我国铁路发展计划之中，而在这些工程中很大一部分将面临软弱地基土问题。通过对既有铁路运营情况的调研工作表明：软弱地基土层性质突变区域路基的不均匀沉降导致的线路运行状态恶化现象普遍存在。对路基不均匀沉降的控制已成为我国铁路建设的核心问题和难点。 

如何更准确地计算地基沉降(尤其是不均匀沉降)是地基与基础工程中迫切需要解决的课题，而地基内附加应力的计算问题是地基沉降计算的关键问题之一。只有清楚地了解地基内附加应力的分布情况及传递机理，才有可能较准确地进行地基沉降计算。 

作为地基土体介质，一方面既具有连续性的特征；另一方面也具有颗粒材料的散体特征。连续性特征和散体特征在一定条件下可以相互转换，但机理极其复杂。现有的地基附加应力及沉降计算理论基于连续介质力学理论对水平分层情况研究的相对较多，但结合颗粒材料散粒体力学理论对不同结构物、不同地基处理形式、不同地基性质等条件下在竖向界面层的附加应力分布与传递情况、地基沉降(变形)计算鲜有研究，尤其是针对在路堤荷载作用下的地基不均匀沉降的力学机理缺乏了解，仅有定性的认识，所以现阶段尚无路基不均匀沉降的附加应力及沉降计算方法。因此，根据实际工程的需要为研究均布荷载下地基土体竖向界面层附加应力传递机理与规律，设计了新的试验装置及方法。 

发明内容

为满足不同荷载不同材料间附加应力传递机理和规律的试验要求，本发明提供了一种均布荷载下下差异材料界面试验装置及光弹试验方法，其通过光弹试验进行应力场与位移场的 同步测量。 

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是： 

一种均布荷载下下差异材料界面试验装置，其包括试验平台、模型箱装置和加载系统，模型箱装置于试验平台，且模型箱装置与试验平台均为水平放置，加载系统安装于试验平台上部对模型箱装置加卸载均布荷载。 

所述试验平台包括底座平台、顶座平台和支撑螺杆，底座平台和顶座平台平行设置，并通过支撑螺杆连接；底座平台和顶座平台上均设有调平水准气泡装置，且试验顶座平台上的调平水准气泡装置向下投影后与试验底座平台上的调平水准气泡装置重合。 

所述加载系统包括活动加载装置和荷载装置，活动加载装置包括荷载传递杆导向套管、荷载传递导杆、导杆顶座、点接触荷载传递杆，荷载传递杆导向套管固定于试验平台的上部，荷载传递杆穿过荷载传递杆导向套管，且荷载传递杆与荷载传递杆导向套管之间嵌有点接触导向球；荷载传递杆的一端与导杆顶座相连，另一端与点接触荷载传递杆相连；荷载装置包括连续加卸载荷载装置和等荷载非连续加卸载荷载装置，通过导杆顶座加卸载。 

所述导杆顶座上设有软调平垫层，软调平垫层上设有调平垫层支撑顶座，两个导杆顶座中心连线的中点和软调平垫层支撑顶座的中心、软调平垫层的中心这三个点在同一条竖直线上。 

所述活动加载装置为2套。 

所述模型箱装置包括试验模型箱装置底座、后固定可透视面板、中固定可透视隔板、前可拆卸透视面板和模型材料，后固定可透视面板固定于试验模型箱装置底座上，其前方通过连接件依次连接固定有中固定可透视面板、前固定可透视面板构成模型箱；试验模型箱装置底座上靠近前可拆卸透视面板处设有调平水准气泡装置；模型材料置于该模型箱内，模型材料上铺设均布荷载细颗粒垫层，均布荷载细颗粒垫层上设有下均化荷载硬质条块，下均化荷载硬质条块上设有上均化荷载硬质条块，且模型材料的中心设有十字光标；前可拆卸透视面板的四个角点设有参考比例基点。 

所述模型材料包括矩形或六边形材料。 

一种光弹试验方法，采用上述装置，其包括以下步骤： 

1)将不同性质的模型材料布置十字光标，根据试验要求的间距将试验平台搭建于光弹试验仪前、后偏光镜之间，并将试验平台调平； 

2)构建模型箱装置，将满足试验要求加工的不同性质的模型材料置于模型箱装置内，微调模型箱装置，使其与试验平台位于一个水平基准面上；