阅读说明：本技术 利用环形跑道监测加筋土沉降变形的室内模型 (Indoor model for monitoring settlement deformation of reinforced soil by utilizing annular runway ) 是由 董彦莉 张梦琪 郑利锋 赵致艺 张晓双 冯浩然 吕沛松 杨玲琴 张兆鹏 王元龙 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用环形跑道监测加筋土沉降变形的室内模型,属于岩土工程与地质工程试验技术领域；包括模型箱,加筋土,小车系统,测量系统和图像拍摄装置；模型箱为环形箱体,环形箱体水平平行两边的外侧为透明体,所述加筋土位于模型箱内；加筋土的表面设置有环形跑道；小车系统位于环形跑道上运行,测量系统包括应变计、土压力盒和计算机；土压力盒成对竖向分布在加筋材料的上下两侧,每层加筋材料上均水平设置应变计；应变计和土压力盒通过附加在其上的传感器将数据传送至计算机进行处理；本发明利用了环形跑道使小车在上保持匀速运动,模拟循环往复运动,可以加快效率,有效模拟实际交通状况。(The invention discloses an indoor model for monitoring the settlement deformation of reinforced soil by utilizing an annular runway, belonging to the technical field of geotechnical engineering and geological engineering tests; the system comprises a model box, reinforced soil, a trolley system, a measuring system and an image shooting device; the model box is an annular box body, the outer sides of the two horizontal parallel sides of the annular box body are transparent bodies, and the reinforced soil is positioned in the model box; an annular runway is arranged on the surface of the reinforced soil; the trolley system runs on the annular runway, and the measuring system comprises a strain gauge, a soil pressure cell and a computer; the earth pressure cells are vertically distributed on the upper side and the lower side of the reinforced material in pairs, and strain gauges are horizontally arranged on each layer of reinforced material; the strain gauge and the soil pressure cell transmit data to a computer for processing through a sensor attached to the strain gauge and the soil pressure cell; the invention utilizes the annular runway to ensure that the trolley keeps uniform motion on the upper part, simulates the circular reciprocating motion, can accelerate the efficiency and effectively simulate the actual traffic condition.)

利用环形跑道监测加筋土沉降变形的室内模型

技术领域

本发明属于岩土工程与地质工程试验技术领域，具体涉及一种利用环形跑道监测加筋土沉降变形的室内模型。

背景技术

土体拥有较高的抗压强度，而抗拉强度较差。将一定量的筋材掺入土体中，可以不同程度的改善土体的强度和变形特征，此种技术称为加筋土技术。加筋土技术也逐渐应用到各种路基路面中。随着载货汽车和私家车的不断增多，导致路基承受的负荷越来越多，直接导致路基的损坏和路面的早期破坏。因此，有必要通过模拟交通荷载来监测不同路面路基加筋土的沉降变形。

现有的交通荷载采用的设备多为单轴定点的竖向加载，但实际的路面往往经历的都是车辆的水平反复运动，单轴定点的竖向加载设备无法准确监测出车辆对路面的影响；其次，现有的模型试验多为小比例尺寸模型，受到材料相似度和动力加载模型的影响，实验结构与实际工况有较大的差别。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种利用环形跑道监测加筋土沉降变形的室内模型，利用环形跑道让小车进行循环往复的运动，并可进行不同的加载来模拟现实中的交通荷载，来获得加筋材料的应变变形和路基路面的疲劳损伤。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

利用环形跑道监测加筋土沉降变形的室内模型，包括模型箱，加筋土，小车系统，测量系统和图像拍摄装置。

所述模型箱为环形箱体，环形箱体水平平行两边的外侧为透明体，透明体上设置有刻度；所述加筋土为加入了一层或者多层加筋材料的填土，加筋土位于模型箱内；加筋土的表面设置有环形跑道。

所述小车系统位于环形跑道上运行，小车系统上配重有重量块。

所述测量系统包括应变计、土压力盒和计算机；土压力盒成对竖向分布在加筋材料的上下两侧，每层加筋材料上均水平设置应变计；应变计和土压力盒通过附加在其上的传感器将数据传送至计算机进行处理；

所述图像拍摄装置正对模型箱的水平边。

优选的，所述模型箱的两水平边分别加入不同材质的加筋材料以模拟不同的路面进行试验。

优选的，所述小车系统上安装有车载传感器和速度传感器，车载传感器和速度传感器将信号传输给计算机，通过计算机控制小车系统在环形跑道上的自主运动和速度。

优选的，小车系统上安装有循环装置，通过计算机控制小车系统的循环次数。

进一步的，所述环形跑道安装有定位杆，小车系统上设置有激光发射单元，所述激光发射单元用于扫射定位杆，以记录小车系统的循环次数。

进一步的，所述模型箱的材质为钢化玻璃。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1、本发明中利用了环形跑道，可以使小车在上保持匀速运动，更形象的模拟现实中的循环往复运动，可以加快效率，有效模拟实际交通状况。

2、本发明中的小车系统，可以在电脑上输入控制速度和循环次数来使小车完成往复循环运动，并可以在小车上放置不同重量的配重块来实现不同加载，操作方便快捷。

3、本发明中的模型箱，可以同时加入不同的加筋材料或者模拟不同的路面进行平行实验，大大节省了时间，提高了效率。

附图说明

图1为本发明所述模型的结构示意图。

图2为本发明所述模型的立体结构图。

图中，1为模型箱，2为加筋土，3为小车系统，4为测量系统，5为高速摄影机，6为加筋材料，7为重量块，8为定位杆，9为土压力盒，10为环形跑道，11为计算机。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1和2所示，本实施例为一种环形跑道施加交通荷载监测加筋土沉降变形室内模型，包括模型箱1，加筋土2，小车系统3，测量系统4和高速摄影机5。

模型箱1为环形的箱体，环形箱体水平平行两边的外侧为透明，并标有厘米刻度。水平边长度为20m，弧形两边分别为二分之一半径为4m的圆形，跑道宽1.5m。模型箱1的材质为钢化玻璃。模型箱1的高度为800mm。

加筋土2为加入了一层或者多层加筋材料6的填土， 加筋土2位于模型箱1内。在加筋土2的表面形成环形跑道10。

小车系统3在环形跑道10上运行，小车系统3上可配重不同的重量块7。

测量系统4包括应变计、土压力盒9和计算机11。土压力盒9成对竖向分布在加筋材料6的上下两侧，每层加筋材料6上均水平设置应变计。应变计和土压力盒9通过附加在其上的传感器将数据传送至计算机11进行处理。

高速摄影机5正对模型箱1的水平边。

模型箱1的两水平边可加入不同的加筋材料或者模拟不同的路面进行试验。

小车系统3上安装有车载传感器，可通过计算机11控制其在环形跑道10上的自主运动。小车系统3上安装有速度传感器，可通过计算机11控制其在环形跑道10上的速度。小车系统3上安装有循环装置，可在计算机11上控制其循环次数。

模型箱1的右下角安装有定位杆8，小车系统3上的激光发射单元扫射到定位杆8时，存储器内的循环次数将+1，当达到电脑规定的循环次数时，将触发制动传感器，使小车停止。

模型箱1内加筋土2的填充方式为：将加筋土2分为多份，以每层5cm的厚度分层装入模型箱1内。具体做法为：先将加筋土2烘干，然后以70%的密实度来计算每层所需加筋土重量，分层放入模型箱1内击实，通过击实恒定质量的加筋土2来保证相对密实度的实现。

两条水平跑道可以加入不同的加筋材料，进行平行实验对比不同加筋材料的性能，也可以使用同样的加筋材料采用不同的间距进行试验，也可以加入不同的填土进行对比，模拟不同的路面进行试验对比。

确定最终的施加荷载量，放置重量块在小车上，可以模拟不同重量的车辆对路面的循环往复作用。加载前可以启动高速摄像机5连续拍照，通过图像处理系统监测位移。加载时，在当前荷载增量下观测到位移不再发生变化5min后，拍完照后，再进行下一荷载试验。

在开始进行实验时，由于已经在计算机11中提前通过车载传感器规划好小车的路线，及在环形跑道10上进行循环往复运动，因此只需要在计算机11上输入控制的速度以及循环圈数即可通过传感器控制小车系统3的运动，来模拟不同速度的汽车荷载，也可多辆小车同时进行，来模拟不同流量的交通荷载。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。