[发明专利]动力特性试验装置和动力特性试验方法

说明书

本申请提供一种动力特性试验装置和动力特性试验方法，用于测试块碎石路基模型的动力特性，块碎石路基模型具有边坡，包括用于容纳待测试的块碎石路基模型的试验箱；用于施加正弦荷载于块碎石路基模型顶部的加载装置；用于监测块碎石路基模型在正弦荷载作用下的位移变化的位移监测装置；以及用于采集边坡在正弦荷载作用下的运动图像的图像采集装置。成本低，块碎石路基模型动力特性测试结果与实际更加相符，结果更加准确可靠。

技术领域

本发明涉及道路建设领域，具体而言，涉及一种动力特性试验装置和动力特性试验方法。

背景技术

寒冷地区通常被定义为一年中最冷月份的地面温度低于0℃的地区，根据这一标准，全球寒区面积约占陆地面积的50％。我国寒区总面积约占全国总面积的43％，其中冻土面积约为寒区面积的53％。冻土是指含有冰且温度在0℃以下的各种岩石/土，根据(岩)土体处于冻结状态的持续时间不同，可分为岛状冻土、季节冻土和多年冻土。其性质不仅受矿物颗粒、组构、密度和含水量的影响，还会随温度和时间动态变化。因此，冻土是一种对温度极其敏感且性质不稳定的土体，这就使得在多年冻土地区修建铁路、公路等道路工程时，需特别注意其温度与时间敏感性等特点。在寒区修筑线路稳定性要求极高的高速铁路，其成败的关键在路基，冻土区的道路工程由于冻土的冻胀融沉极易引起路基不均匀沉降变形，故路基修建时应把握冻土融沉这一关键性因素。

近些年来，随着全球变暖，多年冻土退化非常显著。寒区路段的铁路路基及其下部地基内由于多年冻土的退化形成了大片的、力学稳定性极差的高温冻土，从而使铁路路基内部产生较大的变形。为了解决这些问题，近些年产生了多种新型的采用“主动冷却”方法的路基形式，如管道通风路基、遮阳棚路基及块碎石路基。其中块碎石路基结构就是最典型的一种主动冷却路基工程措施。其主要利用块碎石层内的冷热空气对流效应来降低下伏土体的温度。暖季时，环境气温高于路基本体温度，块碎石层上部温度高于下部温度，热量主要通过块碎石接触热传导进入路基，块碎石层的等效导热系数较小，可起到一定的隔热效果；冷季时，环境气温低于路基本体温度，块碎石层上部温度低于下部温度，块碎石层孔隙内的空气发生对流换热，同时块碎石之间以及块碎石和空气之间还存在接触热传导，热量能很好地从路基基底散发出来。但块碎石层是由石块通过点-点、点-面及面-面接触组成的堆积体，几乎没有胶结强度，易发生滑移错位；特别在长期列车动荷载作用下，块碎石层颗粒位置和粒径级配发生变化，形成密实效应，出现大变形，发生摩擦碰撞，引起颗粒滑移、转动变形、孔隙压缩等一系列劣化过程，进而影响块碎石层的传热过程，削弱块碎石层的冷却效果，诱发下部多年冻土融沉，因此，在块碎石路基的热-力性能研究中必须予以考虑。不论块碎石路基出现何种病害，最终将导致铁路轨面产生沉降变形而影响行车安全。故开展长期列车动荷载作用下块碎石路基的热-力性能演变过程及防控措施研究极为重要，不仅能为减小冻土路基的融化，保护多年冻土的稳定提供参考，也可为工程中块碎石路基的运营维护提供理论依据和技术支持。

目前，对路基动力响应的研究试验中，大多采用现场长期定点观测方法和室内土柱模型试验方法两种方法来模拟土体荷载响应变化过程。前者虽然观测结果真实，能很好的反应路基在实际情况下的动力荷载响应情况，但其观测周期过长，试验过程不好控制，且所需人力物力较大；而后者由于试件尺寸差异，使得土性参数发生改变并且不能很好的模拟现场路基的形态与受到荷载作用下的变形情况，得到的试验数据与实际情况存在较大的差异，因而不能很好地模拟路基真正的工作环境。

经发明人研究发现，现有的用于研究冻土地区路基力学性能的试验设备存在如下缺点：

试验结果可靠性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力特性试验装置和动力特性试验方法，其能够提高试验结果的可靠性。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种动力特性试验装置，用于测试块碎石路基模型的动力特性，块碎石路基模型具有边坡边坡，包括：

用于容纳待测试的块碎石路基模型的试验箱；