[发明专利]水-热-力耦合作用路基动力响应试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种水‑热‑力耦合作用路基动力响应试验装置及方法，该装置包括：路基体、供水系统、加载系统、温控系统及数据采集处理系统，该方法包括：连接数据采集装置；路基体的固结稳定；抽真空保温过程；设置供水条件和底部恒温板的工作温度；路基体冻结过程；路基体融化过程；水‑热‑力耦合作用路基动力响应试验及数据采集及处理。因此，本发明提供的试验装置及方法，利用加载框架和压力室、恒温系统、供水系统及数据处理系统，结合轴向不同频率的动态荷载技术，实现了在路基体轴向施加不同频率的动态荷载及横向加围压的大尺度路基体加载技术，实验结果为建立逼真的水‑热‑力耦合路基动力响应模型提供精准的物理参数，并可优选路基材料。

技术领域

本发明涉及道路路基室内动力响应技术领域，尤其涉及一种水-热-力耦合作用路基动力响应试验装置及方法。

背景技术

道路是国民经济发展、社会进步和方便人民通行的保障，作为道路的结构基础，路基体的力学性质的好坏直接影响到路基的变形与稳定，一些工程性质不稳定或者容易受环境影响的填料填入路基会引起路基病害。特别是季冻区道路路基的变形和破坏问题十分复杂，材料自身的含水量、外部的行车荷载、环境温度以及冻融循环都会严重影响路基的稳定性。

动力响应是结构在动荷载下所发生的应力、应变、加速度的变化，对道路路基进行动力响应分析能有效掌握路基体在交通荷载下的强度和变形特性，能够评价道路的使用稳定性和研究路基病害机理。准确地评价路基体在温度，水分及外部荷载等多场耦合作用下的动力响应，给出精准的设计参数指标，对于解释各种道路病害的深层原因、制定有效的防治对策、保证季冻区道路路基的强度和稳定性具有重大意义。

关于路基体动力响应试验研究，大部分在野外现场进行勘测或进行有限元仿真模拟分析，存在的问题是在设计阶段不能提供优良路基体，缺少相关参数建立准确的有限元模型，对于病害的治理往往是出现了，再提供方案进行治理，对于预先防止路基病害，模拟路基体所处运行环境条件，提供强度高，稳定性强并廉价的路基体的路基动力响应室内试验还鲜有报道；路基体多场耦合作用试验研究趋向于大尺度路基体的多场耦合试验。

目前，国内外针对温度，水分和荷载等多场耦合作用下路基体的室内研究多借助常规三轴仪、低温三轴仪和万能试验机等仪器设备。而这些仪器设备及组合试验系统在路基体多场耦合作用下的动力表现测试方面存在着明显的不足：(1)三轴仪可以实现力学试验条件的精确控制，但受限于试样的尺寸，无法进行大尺度试件在特定围压、温度梯度等条件下的轴向变频动荷载动力响应试验；(2)低温三轴仪可以实现不同低温的试验环境的控制，但试验无法得到不同温度梯度下的路基体的力学参数；(3)已有的土体水分迁移试验系统没有考虑轴压及围压作用，无法研究在动态轴压及静态围压条件下的水分移规律；(4)万能压力机可用于大尺寸试样的动力响应测定，但无法对试验围压和外界的温度条件进行控制。

发明内容

本发明实施例提供了一种水-热-力耦合作用路基动力响应试验装置及方法，解决了现有技术中无法对路基体动力响应试验系统中的温度、水分和动荷载等多场准确控制的问题。