一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置制造方法

專利名稱:一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，包括能夠與振動臺連接的沙箱和設置在沙箱內的路堤模型，沙箱的有機玻璃和木板外設置有跟蹤粒子和標尺，路堤模型相鄰層的風積沙中的下層風積沙的長度大于上層風積沙，從而形成邊坡，路堤模型設置有若干加速度傳感器、土壓力傳感器和位移傳感器；沙箱三個側面上設置的跟蹤粒子均對應設置有補充光源和攝像機，三臺攝像機均連接計算機數據采集控制臺，沙箱兩側使用有機玻璃板，進而使得試驗現象更加容易觀測；為了減輕沙箱的重量，避免試驗資源的浪費，沙箱的一側使用復合型木板，滿足使用要求的同時最大程度的減小了箱體重量，方便了試驗與運輸，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定性的裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于專用器材領域，具體涉及一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性 的裝置。

【背景技術】
[0002] 我國是一個多沙漠的國家，沙漠（地）主要分布在新疆、甘肅、內蒙古、寧夏、青海、 吉林、遼寧、陜西及黑龍江等九省區。最著名的沙漠有：新疆塔里木盆地的塔克拉瑪干沙漠、 準噶爾盆地的古爾班通古特沙漠、內蒙古的騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠、青海的柴達木盆地 沙漠、陜西、寧夏與內蒙古三省區接壤的毛烏素沙漠等。由于沙漠地區主要分布西部偏遠地 區。該地區地域廣闊，人煙烯少，土地荒蕪。因此，二十世紀八十年代以前的公路主要為居 住偏遠分散的各民族人民的交通和聯系服務，道路等級低，養護維修質量差，并經常受到沙 埋、風蝕等病害的影響，中斷交通的事故時有發生。受經濟條件和對沙漠公路認識水平的限 制，防沙埋及風蝕病害是當時公路工程建設中的主要技術問題。
[0003] 近十幾年來，隨著我國經濟建設的恢復和迅速發展，對西部邊疆戰略位置認識的 加深，以及對西部地區礦產資源的勘探和逐步開發利用，沙漠地區的公路從道路等級到建 設速度都有了質的飛躍。1996年，210國道陜西榆林過境線二級沙漠公路進入設計施工階 段，遇到很多填方高度大于3. Om的較高路堤，最高者達18. 57m，5. Om至11. Om的路堤較普 遍。隨后的時間里，內蒙古地區也在研究和總結經驗基礎上相繼修建了多條沙漠二級（或 準二級）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。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沙區。到目前為止，其它省區也 有多條沙漠等級公路已建成或正在建設中。
[0004] 然而，我國地處環太平洋地震帶、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，有60 %的國土、50 %的城市、67 %的大城市位移VII度及以上烈度 區，2000年至今，我國共發生地震2萬余次，其中6級以上強震有230余次，地震災害發生的 特點也在逐步發生變化。例如，強震次數增多，西部人口稠密區發生地震概率加大，人口傷 亡和經濟損失嚴重，沙漠地區地震次數增加等。地震的發生雖然為偶然事件，發生頻率不 是很大，但是一旦發生所造成的破壞卻是災難性的，對于高等級公路也不例外，路堤是公 路最普遍的結構，具有量多面廣的特點，一是遭到震害，其破壞是普遍性的，其震害對整個 公路而言，不比橋梁等關鍵結構差。因此，為了我國沙漠高速公路事業的長遠發展，開展路 堤結構在地震動荷載作用下動力響應特點的研究是沙漠公路行業目前迫切需要解決的問 題。但是目前國內對高填方沙漠公路抗震性能的研究還處于空白狀態。 實用新型內容
[0005] 本實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定性影響，同時分析研究 高邊坡路堤在地震荷載作用下的動力響應變化規律。
[0006] 為了達到上述目的，一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，包括能夠與 振動臺連接的沙箱和設置在沙箱內的路堤模型；
[0007] 所述沙箱包括矩形底板，底板的四角上均設置有與底板垂直的四角立柱，底板上 一組相向邊上均設置有與四角立柱等高的有機玻璃，底板的另外一個邊上設置有木板，有 機玻璃和木板外設置有跟蹤粒子和標尺；
[0008] 所述路堤模型包括置于沙箱底板上的沙層，以及設置在沙層的若干層風積沙，相 鄰層的風積沙中的下層風積沙的長度大于上層風積沙，從而形成邊坡，風積沙的垂直面上 從內到外設置有塑料薄膜和防水海綿，防水海綿與木板接觸；
[0009] 所述相鄰層風積沙間設置有若干加速度傳感器，頂層風積沙下方和邊坡下方設置 有土壓力傳感器，頂層風積沙上方和包邊材料上方設置有位移傳感器；
[0010] 所述沙箱三個側面上設置的跟蹤粒子均對應設置有補充光源和攝像機，三臺攝像 機均連接計算機數據采集控制臺。
[0011] 所述底板上設置有鋼板，鋼板上堅直設置有若干鋼片。
[0012] 所述底板上設置有有機玻璃的邊上對應設置有支撐立柱，對應的支撐立柱上設置 有加強筋，有機玻璃和木板的外側也設置有加強筋。
[0013] 所述路堤模型的沙層與底板間設置有碎石層。
[0014] 所述若干層風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 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] 與現有技術相比，本實用新型采用三面封閉一面開口是設計，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技術的實現，沙箱兩側使用有機 玻璃板，進而使得試驗現象更加容易觀測，通過使用Piv技術，使本裝置具有較高的測量精 度；為了減輕沙箱的重量，避免試驗資源的浪費，沙箱的一側使用復合型木板，真正的做到 了滿足使用要求的同時最大程度的減小了箱體重量，方便了試驗與運輸，增加振動臺振動 效率。
[0018] 進一步的，本實用新型在鋼板上堅直設置有若干鋼片，增加路堤模型與箱體底座 之間的摩擦力。
[0019] 進一步的，本實用新型設置有加強筋，能夠防止該裝置在吊裝運輸及激振過程中 框架產生變形。
[0020] 進一步的，本實用新型設置有碎石層，增加路堤模型與沙箱底部的摩擦。
[0021] 進一步的，本實用新型的邊坡能夠為兩種結構，提高了本裝置的適用性。
[0022] 進一步的，本實用新型設置有包邊材料，能夠測試坡率相同時，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定性。

【附圖說明】

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

【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[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定性的裝置，包括能夠與 振動臺連接的沙箱1和設置在沙箱內的路堤模型2 ;沙箱1包括矩形底板1-1，底板1-1上 設置有鋼板，鋼板上堅直設置有若干鋼片，底板1-1的四角上均設置有與底板1-1垂直的四 角立柱1-2,底板1-1上一組相向邊上均設置有與四角立柱1-2等高的有機玻璃1-3,底板 1-1的另外一個邊上設置有木板1-4,有機玻璃1-3和木板1-4外設置有跟蹤粒子3和標尺 5 ;底板1-1上設置有有機玻璃1-3的邊上對應設置有支撐立柱1-5,對應的支撐立柱1-5上 設置有加強筋1-6,有機玻璃1-3和木板1-4的外側也設置有加強筋。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間設置有碎石層2-9,以及設 置在沙層2-1的若干層風積沙2-4,相鄰層的風積沙2-4中的下層風積沙2-4的長度大于上 層風積沙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,風積沙2-4的垂直面上從內到外設置有塑料薄膜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,相鄰層風積沙2-4間設置有若干加速度傳感器2-6,頂層風積沙下方和 邊坡下方設置有土壓力傳感器2-7,頂層風積沙上方和包邊材料2-5上方設置有位移傳感 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 側面上設置的跟蹤粒子3均對應設置有補充光源6和攝像機7,三臺攝像機7均連接計算機 數據采集控制臺。
[0032] 邊坡的成型采用以下兩個方案：
[0033] 方案 1 :
[0034] 用L型擋板2-10輔助邊坡壓實，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行填筑壓實，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，邊坡部分風積沙與包邊 粘土分別畫出各自的輪廓線，按線填筑壓實。
[0037] 實施例1 :
[0038] -、模型箱的設計及制作
[0039] (1)本試驗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，兩側安裝20mm厚的有機玻 璃，另一側安裝20mm厚的復合型木板；采用100*100*3(長*寬*高）型H鋼做底座，底座 上鋪設2mm厚鋼板，鋼板上不均勻隨機堅向焊接小鋼片，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輸及激振過程中框架產生變形，在模型箱上部及木板 箱壁處增設加強筋，加強筋通過螺栓與框架連接。
[0040] 2模型的設計及制作
[0041] (1)模型尺寸及路面荷載的估算
[0042] 本試驗設計原型路堤高度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絡線好力堡至通遼段沙漠高速路面結構為依據進行估算，其中水 泥穩定土層 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構平均比重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的比例進行制作與試驗，三組模型的具體尺寸及參數見表1。
[0043] 表1模型尺寸參數情況表
[0044]

【權利要求】
1. 一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，其特征在于：包括能夠與振動臺連 接的沙箱（1)和設置在沙箱內的路堤模型（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置有與四角立柱（1-2)等高的有機玻 璃（1-3)，底板（1-1)的另外一個邊上設置有木板（1-4)，有機玻璃（1-3)和木板（1-4)外 設置有跟蹤粒子（3)和標尺（5); 所述路堤模型（2)包括置于沙箱底板（1-1)上的沙層（2-1)，以及設置在沙層（2-1)的 若干層風積沙（2-4)，相鄰層的風積沙（2-4)中的下層風積沙（2-4)的長度大于上層風積沙 (2-4)，從而形成邊坡，風積沙（2-4)的垂直面上從內到外設置有塑料薄膜（2-2)和防水海 綿（2-3)，防水海綿（2-3)與木板（1-4)接觸； 所述相鄰層風積沙（2-4)間設置有若干加速度傳感器（2-6)，頂層風積沙下方和邊坡 下方設置有土壓力傳感器（2-7)，頂層風積沙上方和包邊材料（2-5)上方設置有位移傳感 器（2-8); 所述沙箱（1)三個側面上設置的跟蹤粒子（3)均對應設置有補充光源（6)和攝像機 (7)，三臺攝像機（7)均連接計算機數據采集控制臺。2. 根據權利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，其特征在 于：所述底板（1-1)上設置有鋼板，鋼板上堅直設置有若干鋼片。3. 根據權利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，其特征在 于：所述底板（1-1)上設置有有機玻璃（1-3)的邊上對應設置有支撐立柱（1-5)，對應的支 撐立柱（1-5)上設置有加強筋（1-6)，有機玻璃（1-3)和木板（1-4)的外側也設置有加強 筋。4. 根據權利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，其特征在 于：所述路堤模型的沙層（2-1)與底板（1-1)間設置有碎石層（2-9)。5. 根據權利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，其特征在 于：所述若干層風積沙（2-4)形成的邊坡為斜面或從上到下依次增大的臺階面。6. 根據權利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，其特征在 于：所述若干層風積沙（2-4)所組成的邊坡上覆蓋有包邊材料（2-5)。7. 根據權利要求1所述的一種分析路堤在地震荷載作用下穩定性的裝置，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
【發明者】王文義, 張鐵柱, 劉惠興, 周志軍, 時紹波, 徐冠軍 [申請人]長安大學