專利名稱:一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，包括能夠與振動臺連接的沙箱和設(shè)置在沙箱內(nèi)的路堤模型，沙箱的有機(jī)玻璃和木板外設(shè)置有跟蹤粒子和標(biāo)尺，路堤模型相鄰層的風(fēng)積沙中的下層風(fēng)積沙的長度大于上層風(fēng)積沙，從而形成邊坡，路堤模型設(shè)置有若干加速度傳感器、土壓力傳感器和位移傳感器；沙箱三個(gè)側(cè)面上設(shè)置的跟蹤粒子均對應(yīng)設(shè)置有補(bǔ)充光源和攝像機(jī)，三臺攝像機(jī)均連接計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制臺，沙箱兩側(cè)使用有機(jī)玻璃板，進(jìn)而使得試驗(yàn)現(xiàn)象更加容易觀測；為了減輕沙箱的重量，避免試驗(yàn)資源的浪費(fèi)，沙箱的一側(cè)使用復(fù)合型木板，滿足使用要求的同時(shí)最大程度的減小了箱體重量，方便了試驗(yàn)與運(yùn)輸，增加振動臺振動效率。
【專利說明】一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于專用器材領(lǐng)域，具體涉及一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性 的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國是一個(gè)多沙漠的國家，沙漠（地）主要分布在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、青海、 吉林、遼寧、陜西及黑龍江等九省區(qū)。最著名的沙漠有：新疆塔里木盆地的塔克拉瑪干沙漠、 準(zhǔn)噶爾盆地的古爾班通古特沙漠、內(nèi)蒙古的騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠、青海的柴達(dá)木盆地 沙漠、陜西、寧夏與內(nèi)蒙古三省區(qū)接壤的毛烏素沙漠等。由于沙漠地區(qū)主要分布西部偏遠(yuǎn)地 區(qū)。該地區(qū)地域廣闊，人煙烯少，土地荒蕪。因此，二十世紀(jì)八十年代以前的公路主要為居 住偏遠(yuǎn)分散的各民族人民的交通和聯(lián)系服務(wù)，道路等級低，養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量差，并經(jīng)常受到沙 埋、風(fēng)蝕等病害的影響，中斷交通的事故時(shí)有發(fā)生。受經(jīng)濟(jì)條件和對沙漠公路認(rèn)識水平的限 制，防沙埋及風(fēng)蝕病害是當(dāng)時(shí)公路工程建設(shè)中的主要技術(shù)問題。
[0003] 近十幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的恢復(fù)和迅速發(fā)展，對西部邊疆戰(zhàn)略位置認(rèn)識的 加深，以及對西部地區(qū)礦產(chǎn)資源的勘探和逐步開發(fā)利用，沙漠地區(qū)的公路從道路等級到建 設(shè)速度都有了質(zhì)的飛躍。1996年，210國道陜西榆林過境線二級沙漠公路進(jìn)入設(shè)計(jì)施工階 段，遇到很多填方高度大于3. Om的較高路堤，最高者達(dá)18. 57m，5. Om至11. Om的路堤較普 遍。隨后的時(shí)間里，內(nèi)蒙古地區(qū)也在研究和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上相繼修建了多條沙漠二級（或 準(zhǔn)二級）公路，例如國道109線、省道S214線、省道SlO 1線、省道S304線及國道207線等。新 疆地區(qū)古爾班通古特沙漠公路及塔中至且末沙漠三級公路也在近年內(nèi)相繼建成通車。2000 年，我國第一條沙漠高速公路-榆林至靖邊高速公路開工建設(shè)。該公路全長115. 864km， 路線位于陜北黃土高原北部，毛烏素沙漠南緣的長城沿線風(fēng)沙區(qū)。到目前為止，其它省區(qū)也 有多條沙漠等級公路已建成或正在建設(shè)中。
[0004] 然而，我國地處環(huán)太平洋地震帶、地中海-喜馬拉雅地震帶交匯處，有80 %的國土 位移VI度以上烈度區(qū)，有60 %的國土、50 %的城市、67 %的大城市位移VII度及以上烈度 區(qū)，2000年至今，我國共發(fā)生地震2萬余次，其中6級以上強(qiáng)震有230余次，地震災(zāi)害發(fā)生的 特點(diǎn)也在逐步發(fā)生變化。例如，強(qiáng)震次數(shù)增多，西部人口稠密區(qū)發(fā)生地震概率加大，人口傷 亡和經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，沙漠地區(qū)地震次數(shù)增加等。地震的發(fā)生雖然為偶然事件，發(fā)生頻率不 是很大，但是一旦發(fā)生所造成的破壞卻是災(zāi)難性的，對于高等級公路也不例外，路堤是公 路最普遍的結(jié)構(gòu)，具有量多面廣的特點(diǎn)，一是遭到震害，其破壞是普遍性的，其震害對整個(gè) 公路而言，不比橋梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)差。因此，為了我國沙漠高速公路事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，開展路 堤結(jié)構(gòu)在地震動荷載作用下動力響應(yīng)特點(diǎn)的研究是沙漠公路行業(yè)目前迫切需要解決的問 題。但是目前國內(nèi)對高填方沙漠公路抗震性能的研究還處于空白狀態(tài)。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定 性的裝置，分析比較不同因素對地震荷載作用下的路堤邊坡的穩(wěn)定性影響，同時(shí)分析研究 高邊坡路堤在地震荷載作用下的動力響應(yīng)變化規(guī)律。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，包括能夠與 振動臺連接的沙箱和設(shè)置在沙箱內(nèi)的路堤模型；
[0007] 所述沙箱包括矩形底板，底板的四角上均設(shè)置有與底板垂直的四角立柱，底板上 一組相向邊上均設(shè)置有與四角立柱等高的有機(jī)玻璃，底板的另外一個(gè)邊上設(shè)置有木板，有 機(jī)玻璃和木板外設(shè)置有跟蹤粒子和標(biāo)尺；
[0008] 所述路堤模型包括置于沙箱底板上的沙層，以及設(shè)置在沙層的若干層風(fēng)積沙，相 鄰層的風(fēng)積沙中的下層風(fēng)積沙的長度大于上層風(fēng)積沙，從而形成邊坡，風(fēng)積沙的垂直面上 從內(nèi)到外設(shè)置有塑料薄膜和防水海綿，防水海綿與木板接觸；
[0009] 所述相鄰層風(fēng)積沙間設(shè)置有若干加速度傳感器，頂層風(fēng)積沙下方和邊坡下方設(shè)置 有土壓力傳感器，頂層風(fēng)積沙上方和包邊材料上方設(shè)置有位移傳感器；
[0010] 所述沙箱三個(gè)側(cè)面上設(shè)置的跟蹤粒子均對應(yīng)設(shè)置有補(bǔ)充光源和攝像機(jī)，三臺攝像 機(jī)均連接計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制臺。
[0011] 所述底板上設(shè)置有鋼板，鋼板上堅(jiān)直設(shè)置有若干鋼片。
[0012] 所述底板上設(shè)置有有機(jī)玻璃的邊上對應(yīng)設(shè)置有支撐立柱，對應(yīng)的支撐立柱上設(shè)置 有加強(qiáng)筋，有機(jī)玻璃和木板的外側(cè)也設(shè)置有加強(qiáng)筋。
[0013] 所述路堤模型的沙層與底板間設(shè)置有碎石層。
[0014] 所述若干層風(fēng)積沙形成的邊坡為斜面或從上到下依次增大的臺階面。
[0015] 所述若干層風(fēng)積沙所組成的邊坡上覆蓋有包邊材料。
[0016] 所述加速度傳感器采用壓電式傳感器東華DH301 ;土壓力傳感器采用DBY-I型側(cè) 出線傳感器；位移傳感器采用拉線式的，型號為開思KS20-200-05-C12。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用三面封閉一面開口是設(shè)計(jì)，使路堤模型邊坡制 作過程中更加方便，傳感器安裝更加快捷，為了配合PIV技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，沙箱兩側(cè)使用有機(jī) 玻璃板，進(jìn)而使得試驗(yàn)現(xiàn)象更加容易觀測，通過使用Piv技術(shù)，使本裝置具有較高的測量精 度；為了減輕沙箱的重量，避免試驗(yàn)資源的浪費(fèi)，沙箱的一側(cè)使用復(fù)合型木板，真正的做到 了滿足使用要求的同時(shí)最大程度的減小了箱體重量，方便了試驗(yàn)與運(yùn)輸，增加振動臺振動 效率。
[0018] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型在鋼板上堅(jiān)直設(shè)置有若干鋼片，增加路堤模型與箱體底座 之間的摩擦力。
[0019] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型設(shè)置有加強(qiáng)筋，能夠防止該裝置在吊裝運(yùn)輸及激振過程中 框架產(chǎn)生變形。
[0020] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型設(shè)置有碎石層，增加路堤模型與沙箱底部的摩擦。
[0021] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的邊坡能夠?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)，提高了本裝置的適用性。
[0022] 進(jìn)一步的，本實(shí)用新型設(shè)置有包邊材料，能夠測試坡率相同時(shí)，有粘土包邊與無包 邊措施兩種情況下，邊坡在地震荷載作用下的穩(wěn)定性。

【附圖說明】

[0023] 圖1為本實(shí)用新型的現(xiàn)場平面布置圖；
[0024] 圖2為本實(shí)用新型沙箱的俯視圖；
[0025] 圖3為本實(shí)用新型路堤模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4為本實(shí)用新型路堤模型方案1的示意圖；
[0027] 圖5為本實(shí)用新型路堤模型方案2的示意圖；
[0028] 圖6為本實(shí)用新型路堤模型的傳感器布置圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0030] 參加圖1、圖2和圖3, 一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，包括能夠與 振動臺連接的沙箱1和設(shè)置在沙箱內(nèi)的路堤模型2 ;沙箱1包括矩形底板1-1，底板1-1上 設(shè)置有鋼板，鋼板上堅(jiān)直設(shè)置有若干鋼片，底板1-1的四角上均設(shè)置有與底板1-1垂直的四 角立柱1-2,底板1-1上一組相向邊上均設(shè)置有與四角立柱1-2等高的有機(jī)玻璃1-3,底板 1-1的另外一個(gè)邊上設(shè)置有木板1-4,有機(jī)玻璃1-3和木板1-4外設(shè)置有跟蹤粒子3和標(biāo)尺 5 ;底板1-1上設(shè)置有有機(jī)玻璃1-3的邊上對應(yīng)設(shè)置有支撐立柱1-5,對應(yīng)的支撐立柱1-5上 設(shè)置有加強(qiáng)筋1-6,有機(jī)玻璃1-3和木板1-4的外側(cè)也設(shè)置有加強(qiáng)筋。路堤模型2包括置于 沙箱底板1-1上的沙層2-1，路堤模型的沙層2-1與底板1-1間設(shè)置有碎石層2-9,以及設(shè) 置在沙層2-1的若干層風(fēng)積沙2-4,相鄰層的風(fēng)積沙2-4中的下層風(fēng)積沙2-4的長度大于上 層風(fēng)積沙2-4,從而形成邊坡，邊坡為斜面或從上到下依次增大的臺階面，邊坡上覆蓋有包 邊材料2-5,風(fēng)積沙2-4的垂直面上從內(nèi)到外設(shè)置有塑料薄膜2-2和防水海綿2-3,防水海 綿2-3與木板1-4接觸；
[0031] 參加圖6,相鄰層風(fēng)積沙2-4間設(shè)置有若干加速度傳感器2-6,頂層風(fēng)積沙下方和 邊坡下方設(shè)置有土壓力傳感器2-7,頂層風(fēng)積沙上方和包邊材料2-5上方設(shè)置有位移傳感 器2-8 ;加速度傳感器2-6采用壓電式傳感器東華DH301 ;土壓力傳感器2-7采用DBY-I型 側(cè)出線傳感器；位移傳感器2-8采用拉線式的，型號為開思KS20-200-05-C12。沙箱1三個(gè) 側(cè)面上設(shè)置的跟蹤粒子3均對應(yīng)設(shè)置有補(bǔ)充光源6和攝像機(jī)7,三臺攝像機(jī)7均連接計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)采集控制臺。
[0032] 邊坡的成型采用以下兩個(gè)方案：
[0033] 方案 1 :
[0034] 用L型擋板2-10輔助邊坡壓實(shí)，先把路堤模型2制作成階梯狀，再利用切削到切 削成型，帶有包邊層的邊坡制作采用兩填兩削的方式成型，第一次填筑路堤部分后，削掉多 余的砂土，第二次加入包邊材料進(jìn)行填筑壓實(shí)，再削掉多余包邊層材料，最終包邊后的邊坡 成型。
[0035] 方案 2 :
[0036] 采用直接填筑法，在有機(jī)玻璃上用記號筆畫出各層的填筑厚度及邊坡坡度的輪廓 線，各層填筑料按照畫好的線分層填筑成型。帶有粘土包邊的邊坡，邊坡部分風(fēng)積沙與包邊 粘土分別畫出各自的輪廓線，按線填筑壓實(shí)。
[0037] 實(shí)施例1 :
[0038] -、模型箱的設(shè)計(jì)及制作
[0039] (1)本試驗(yàn)采用三面封閉一面開口的剛性模型箱，模型箱尺寸約 1960*1700*800 (長*寬*高），采用40*3型的等邊角鋼做框架，兩側(cè)安裝20mm厚的有機(jī)玻 璃，另一側(cè)安裝20mm厚的復(fù)合型木板；采用100*100*3(長*寬*高）型H鋼做底座，底座 上鋪設(shè)2mm厚鋼板，鋼板上不均勻隨機(jī)堅(jiān)向焊接小鋼片，目的是為了增加路堤模型與箱體 底座之間的摩擦力；模型箱底座與振動臺之間通過螺栓連接，底座H型鋼上切有用于固定 螺栓的開口。為防止模型箱在吊裝運(yùn)輸及激振過程中框架產(chǎn)生變形，在模型箱上部及木板 箱壁處增設(shè)加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋通過螺栓與框架連接。
[0040] 2模型的設(shè)計(jì)及制作
[0041] (1)模型尺寸及路面荷載的估算
[0042] 本試驗(yàn)設(shè)計(jì)原型路堤高度21米，包邊層厚度取100cm，路面荷載估算以長春至深 圳高速公路新民至魯北聯(lián)絡(luò)線好力堡至通遼段沙漠高速路面結(jié)構(gòu)為依據(jù)進(jìn)行估算，其中水 泥穩(wěn)定土層 40cm(20cm，20cm)，比重 2. 2 ?2. 3 ;浙青混凝土層為 16cm(7cm, 5cm, 4cm)，比 重2. 4?2. 5,由此可知原型路面結(jié)構(gòu)平均比重2. 3?2. 4。模型路面荷載采用0?2. 36mm 砂石料施加，砂石料與路堤模型上表面用聚乙烯塑料薄膜分隔。由于條件有限，本模型采用 1:30的比例進(jìn)行制作與試驗(yàn)，三組模型的具體尺寸及參數(shù)見表1。
[0043] 表1模型尺寸參數(shù)情況表
[0044]

【權(quán)利要求】
1. 一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，其特征在于：包括能夠與振動臺連 接的沙箱（1)和設(shè)置在沙箱內(nèi)的路堤模型（2); 所述沙箱（1)包括矩形底板（1-1)，底板（1-1)的四角上均設(shè)置有與底板（1-1)垂直 的四角立柱（1-2)，底板（1-1)上一組相向邊上均設(shè)置有與四角立柱（1-2)等高的有機(jī)玻 璃（1-3)，底板（1-1)的另外一個(gè)邊上設(shè)置有木板（1-4)，有機(jī)玻璃（1-3)和木板（1-4)外 設(shè)置有跟蹤粒子（3)和標(biāo)尺（5); 所述路堤模型（2)包括置于沙箱底板（1-1)上的沙層（2-1)，以及設(shè)置在沙層（2-1)的 若干層風(fēng)積沙（2-4)，相鄰層的風(fēng)積沙（2-4)中的下層風(fēng)積沙（2-4)的長度大于上層風(fēng)積沙 (2-4)，從而形成邊坡，風(fēng)積沙（2-4)的垂直面上從內(nèi)到外設(shè)置有塑料薄膜（2-2)和防水海 綿（2-3)，防水海綿（2-3)與木板（1-4)接觸； 所述相鄰層風(fēng)積沙（2-4)間設(shè)置有若干加速度傳感器（2-6)，頂層風(fēng)積沙下方和邊坡 下方設(shè)置有土壓力傳感器（2-7)，頂層風(fēng)積沙上方和包邊材料（2-5)上方設(shè)置有位移傳感 器（2-8); 所述沙箱（1)三個(gè)側(cè)面上設(shè)置的跟蹤粒子（3)均對應(yīng)設(shè)置有補(bǔ)充光源（6)和攝像機(jī) (7)，三臺攝像機(jī)（7)均連接計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制臺。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，其特征在 于：所述底板（1-1)上設(shè)置有鋼板，鋼板上堅(jiān)直設(shè)置有若干鋼片。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，其特征在 于：所述底板（1-1)上設(shè)置有有機(jī)玻璃（1-3)的邊上對應(yīng)設(shè)置有支撐立柱（1-5)，對應(yīng)的支 撐立柱（1-5)上設(shè)置有加強(qiáng)筋（1-6)，有機(jī)玻璃（1-3)和木板（1-4)的外側(cè)也設(shè)置有加強(qiáng) 筋。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，其特征在 于：所述路堤模型的沙層（2-1)與底板（1-1)間設(shè)置有碎石層（2-9)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，其特征在 于：所述若干層風(fēng)積沙（2-4)形成的邊坡為斜面或從上到下依次增大的臺階面。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，其特征在 于：所述若干層風(fēng)積沙（2-4)所組成的邊坡上覆蓋有包邊材料（2-5)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩(wěn)定性的裝置，其特征在 于：所述加速度傳感器（2-6)采用壓電式傳感器東華DH301 ;土壓力傳感器（2-7)采用 DBY-I型側(cè)出線傳感器；位移傳感器（2-8)采用拉線式的，型號為開思KS20-200-05-C12。
【文檔編號】G01M7-02GK204269328SQ201420753119
【發(fā)明者】王文義, 張鐵柱, 劉惠興, 周志軍, 時(shí)紹波, 徐冠軍 [申請人]長安大學(xué)