[发明专利]级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备与方法

权利要求书

1.一种级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：包括级配碎石上表面三维轮廓测量装置（1）、升降控制装置（2）、外部支撑框架（3）、级配碎石储料仓（4）、变形模拟装置（5）、储料仓支撑平台（6）、加/卸载装置（7）和压力传感器（8）；

所述的外部支撑框架（3）中部安装储料仓支撑平台（6），两端安装升降控制装置（2），上方设置级配碎石上表面三维轮廓测量装置（1）；所述的储料仓支撑平台（6）顶面安装有级配碎石储料仓（4）；所述的储料仓支撑平台（6）两端分别与升降控制装置（2）连接；所述的级配碎石储料仓（4）底面开有通孔，通孔内安装有变形模拟装置（5）；所述的变形模拟装置（5）为圆柱形，上端为曲面，下端为平面；所述的变形模拟装置（5）上端通过通孔伸入级配碎石储料仓（4）内，下端位于级配碎石储料仓（4）外；所述的变形模拟装置（5）下端安装有压力传感器（8），压力传感器（8）的下端安装有加/卸载装置（7）；所述的加/卸载装置（7）上端与压力传感器（8）连接，下端安装在外部支撑框架（3）的底面上。

2.根据权利要求1所述的级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：所述的升降控制装置（2）包括转轴Ⅰ（10）、传送链条Ⅰ（11）、传送链条Ⅱ（12）、控制握把（13）、转轴Ⅱ（14）、丝杠（15）、锥齿轮Ⅰ（16）、丝杆（17）和锥齿轮Ⅱ（18）；

所述的外部支撑框架（3）两端均安装有丝杆（17）；所述的丝杆（17）的顶部连接外部支撑框架（3）的顶面，底部连接外部支撑框架（3）的底面；所述的丝杠（15）安装在丝杆（17）上，丝杠（15）的一侧与储料仓支撑平台（6）固定连接；所述的丝杆（17）的一侧安装有转轴Ⅰ（10），转轴Ⅰ（10）的中部固定在外部支撑框架（3）上；所述的转轴Ⅰ（10）的一端伸向丝杆（17），另一端伸出外部支撑框架外（3）；所述的丝杆（17）的上端和转轴Ⅰ（10）伸向丝杆（28）的一端分别安装有锥齿轮Ⅰ（16）和锥齿轮Ⅱ（18），锥齿轮Ⅰ（16）和锥齿轮Ⅱ（18）相互啮合；所述的转轴Ⅰ（10）的下方安装有转轴Ⅱ（14）；所述的转轴Ⅱ（14）一端固定在外部支撑框架（3）上，另一端延伸至外部支撑框架（3）的外部；所述的转轴Ⅱ（14）延伸至外部支撑框架（3）的外部的一端安装有控制握把（13）；

所述的传送链条Ⅰ（11）安装在外部支撑框架（3）两端的转轴Ⅰ（10）上；所述的传送链条Ⅱ（12）一端安装在转轴Ⅰ（10）上，另一端安装在转轴Ⅱ（14）上。

3.根据权利要求1或2所述的级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：所述的通孔配备有不同尺寸的同心圆环钢板；所述的变形模拟装置（5）的直径与同心圆环钢板的内径相匹配；所述的同心圆环钢板安装在通孔内，变形模拟装置（5）安装在同心圆环钢板内。

4.根据权利要求3所述的级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：所述的通孔的内径和同心圆环钢板的外径为300mm；所述的同心圆环钢板的内径为200mm或者100mm。

5.根据权利要求1所述的级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：所述的外部支撑框架（3）为长方体，长宽高依次为1.2m、1.0m、1.5m，底部安装有脚轮（9）；所述的级配碎石储料仓（4）为长方体，长宽高依次为800mm、600mm、500mm。

6.根据权利要求1所述的级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：所述的变形模拟装置（5）上端为锥形面、椭球面或者圆球面。

7.根据权利要求1所述的级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：所述的加/卸载装置（7）为千斤顶。

8.根据权利要求1所述的级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价设备，其特征在于：所述的级配碎石上表面三维轮廓测量装置（1）为激光测距仪。

9.一种级配碎石缓冲路基双向差异变形能力的评价方法，其特征在于：使用如权利要求1-8任一所述评价设备对级配碎石缓冲路基双向差异变形能力进行评价，具体包括以下步骤：

步骤一，根据待设计路段所处地区的气候特点、路基年温度波动和含水量波动情况测算路基可能的最大冻胀变形和融沉变形量、冻胀丘或融沉盆面积，确定模拟路基膨胀丘或沉降盆的变形模拟装置的三维形态和尺寸；

步骤二，将级配碎石装入级配碎石储料仓中，装入过程中通过振动方式控制级配碎石的压实度；记录下级配碎石的粒径、级配、含水量、厚度和压实度；

步骤三，通过升降控制装置（2）调整储料仓支撑平台（6）高度，依次安装加/卸载装置（7）、压力传感器（8）和变形模拟装置（5）；

步骤四，启动加/卸载装置（7），采用级配碎石上表面三维轮廓测量装置（1）测量加/卸载装置（7）不同伸出或缩进高度下级配碎石顶面的三维变形信息，采用压力传感器（8）测量变形模拟装置（5）受到的压力；

步骤五，改变步骤二中级配碎石的粒径、级配、含水量、厚度和压实度，重复步骤三和步骤四，获得若干组相对应的实验数据；

步骤六，将级配碎石的粒径、级配、含水量、厚度和压实度参数与相对应的压力传感器（8）受到的升降压力、变形模拟装置（5）的三维形态、级配碎石顶面的三维变形信息建立关联关系；然后，采用级配碎石表面最大隆起或凹陷位移h₁与路基膨胀丘或沉降盆变形模拟装置上升或下降位移h₂的比值评价级配碎石缓冲差异变形的能力，采用级配碎石表面隆起或凹陷面积s₁与路基膨胀丘或沉降盆变形模拟装置上端曲面面积s₂的比值评价级配碎石提高路基模量均匀性的能力；

步骤七，根据设计路基的承载力要求和上述关联关系，确定级配碎石粒径、级配、含水量、厚度、压实度参数的控制范围。