(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210876791.9 (22)申请日 2022.07.25 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区新 街口 街道四牌楼 2号 (72)发明人 庄妍　徐晨鑫　胡顺磊　宋相伟　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 徐尔东 (51)Int.Cl. G01N 3/34(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置 和工作方法 (57)摘要 本发明公开了一种动荷载作用下土拱效应 研究模型装置和工作方法， 装置包括模型槽、 竖 向动荷载施加装置和水平动 荷载施加装置； 模型 槽内设置砂土持力层， 砂土持力层上布设模型 桩， 模型桩顶部设置路堤模型； 竖向动荷载施加 装置的伸缩套筒对称布设， 伸缩套筒与模型槽外 壳连接； 伸缩立柱套设在伸缩套筒内并由驱动机 构驱动； 伸缩立柱之间布设横梁， 顶部设置荷载 传感器； 水平动荷载施加装置的伺服传动机构安 装在横梁上， 并驱动转架转动； 转架之间通过滚 轮支架连接； 滚轮支架套设滚轮。 本发明通过开 展动荷载作用下土拱效应研究试验能够系统有 效的研究竖向和水平方向的动荷载下的桩承式 路堤中土拱效应的发展过程、 土拱形态、 荷载传 递机制和应力应 变情况。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115290478 A 2022.11.04 CN 115290478 A 1.一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置， 其特征在于： 包括模型槽 （10） 、 竖向动荷 载施加装置 （20） 和水平动荷载施加装置 （3 0） ； 所述模型槽 （10） 包括模型槽 外壳 （11） 、 砂土持力层 （12） 、 模型桩 （13） 、 路堤模型 （14） ； 所述模型槽外壳 （11） 为顶部开口的长方形体； 长方形体内的底部设置砂土持力层 （12） ， 砂土持力层 （12） 上均匀布设若干模型桩 （13） ， 模型桩 （13） 顶部设置路堤模型 （14） ； 一个模型槽 （10） 配套设置若干竖向动荷载施加装置 （20） 和水平动荷载施加装置 （3 0） ； 所述竖向动荷 载施加装置 （20） 包括伸缩套筒 （21） 、 伸缩立柱 （22） 、 驱动机构 （23） 、 横梁 （24） 、 荷载传感器 （25） ； 伸缩套筒 （21） 对称布设在模型槽外壳 （11） 两侧， 伸缩套筒 （21） 与模型槽外壳 （11） 的底 面垂直且固定连接； 伸缩立柱 （22） 套设在伸缩套筒 （21） 内， 在驱动机构 （23） 的驱动下， 伸缩 立柱 （22） 能沿伸缩套 筒 （21） 轴线方向伸出和缩回； 每对伸缩立柱 （2 2） 之间通过横梁 （24） 连接； 伸缩立柱 （2 2） 顶部设置荷载传感器 （25） ； 所述水平动荷载施加装置 （30） 包括转架 （31） 、 滚轮支架 （33） 、 滚轮 （34） 和伺服传动机 构 （35） ； 所述伺服传动机构 （3 5） 安装在横梁 （24） 上， 并与转架 （31） 相连， 驱动转架 （31） 转动； 每根横梁 （24） 上套设两个伺服传动 机构 （35） ； 伺服传动 机构 （35） 外周一圈等角度均匀 固定n根等长的转架 （31） ； 对应的转架 （31） 之间通过滚轮支架 （33） 连接， n根滚轮支架 （33） 平行设置； 每根滚轮支 架 （33） 上均匀套设若干个滚轮 （34） 。 2.根据权利要求1所述的一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置， 其特征在于： 在路 堤模型 （14） 中沿路堤高度方向等距离预埋位移计 （41） 、 竖向土压力盒 （42） 、 水平土压力盒 （43） 。 3.根据权利要求2所述的一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置， 其特征在于： 模型 槽 （10） 的模型桩 （13） 之间填充桩间填土 （15） 。 4.根据权利要求2所述的一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置， 其特征在于： 滚轮 （34） 外周包裹轮胎 （3 6） ， 用于增大滚轮的摩擦力并为滚轮提供弹性。 5.基于权利要求1 ‑4任一所述的一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置的工作方 法， 其特征在于： 步骤1， 按预定比例制作 好模型槽 （10） ， 并将竖向动荷载施加装置 （20） 和水平动荷载施 加装置 （30） 与模型槽 （10） 连接， 通过驱动机构 （23） 调整伸缩立柱 （22） 的高度， 使滚轮 （34） 与路堤模型 （14） 的顶面接触； 步骤2， 启动竖向动荷载施加装置 （20） ， 驱动机构 （23） 驱动伸缩立柱 （22） 在伸缩套筒 （21） 内收缩， 带动横梁 （24） 高度下降， 使横梁 （24） 上的滚轮 （34） 对路堤模型 （14） 施加竖 向 荷载， 记录荷载传感器 （25） 数据； 步骤3， 启动水平动荷 载施加装置 （30） ， 伺服传动机构 （35） 驱动转架 （31） 转动并在转速 区间内线性增速， 直至达到研究模型装置预设的最小工作转速， 然后线性增速或者以正弦 波型进行变速增速， 记录荷载传感器 （25） 数据； 步骤4， 加载过程结束后， 关闭竖向动荷载施加装置 （20） 和水平动荷载施加装置 （30） ， 分析记录所 得的多组数据， 分析动荷载作用下路堤模型的受力情况。 6.根据权利要求5所述的一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置的工作方法， 其特权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290478 A 2征在于： 步骤2中， 竖向荷载的施加分为两种， 第一种为静力加载； 第二种为动荷载加载， 施加频 率为0.1Hz～10Hz。 7.根据权利要求5所述的一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置的工作方法， 其特 征在于： 步骤3中， 转架的转动能以两种方式进行： 第一， 在转速区间范围内线性增速； 第二， 在转速区间内先以线性增速达预设的最小工作转速， 然后开始以正弦波型变速， 转速 ； 其中， 为以正弦波型变速的最小转速； 为幅值， 取值区间为 ； 为变速周期； 为以正弦波型进行增速的工作时间。 8.根据权利要求7所述的一种动荷载作用下土拱效应研究模型装置的工作方法， 其特 征在于： 滚轮与路堤模型接触的频率 为接触频率， ， 为转架转速， 为滚轮支 架的数量； 转架以不同转速转动 时， 滚轮与路堤模型紧密接触的频率随之变化， 能有效模拟多车 道不同车流 量快速通过同一 位置时路堤受力情况。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290478 A 3