路基模型试验压实装置设计与研究

路基模型试验压实装置设计与研究

朱晶蔡云辉刘奇王帅姜天华

武汉科技大学湖北武汉430065

摘要：分析了当前路基模型试验所需材料的处理过程，提供了一种路基材料前处理装置，介绍了其使用方法，能够快捷、有效的制成具有一定压实度的路基模型试验所需的材料，可将其应用于形成路基模型试验的开展。

1、引言

进行路基模型试验时往往需要不同压实度的土体和不同的沙水比例，以便进行相应的路基模型试验。在控制路基土体材料的沙水比例时，往往通过直接在路基模型试验装置上通过人为计算沙和水的量然后人工加沙加水的方式进行沙水比例的控制。这种人工控制方法得到的沙水比例误差大，且试验操作复杂，需耗费试验人员大量的体力。且路基试验装置上的试验土体往往未经过前期的压实处理。因而，使用现代机械对所需材料进行获取、加工，是提高试验效率的有效途径。

2、路基模型试验材料前处理过程现状

刘维正等人在压实路基土动态回弹模量试验研究中进行的材料制作时，制取的材料压实度和含水率的精度达到了相当高的程度，所需要的制作材料的装置需要更高的精度。朱志鹏等人在泥石流作用下路基易损性模型试验研究中，提取的物料需要风干筛选，并需要不同百分比压实度和不同水泥混合比。李金贝等人在高烈度地震区公路填方路基大型振动台模型试验中，模型实验材料选取时确定添加30%石英砂作为路基的模拟材料，在制作过程中测定路基填料的含水量、最佳含水量和最佳干密度，以此控制路基不同部位的密度和压实度。

以上学者在进行路基振动试验时都进行了大量的材料制取，然而材料的制取过程十分复杂。目前暂无较好的方法和相关制作装置，有必要开发一种路基材料前处理装置，用于路基模型试验的研究。

3、装置设计与分析

为了解决上述问题可提供一种路基材料前处理装置，能方便、有效地制作具有一定压实度的路基模型试验所需的材料。

图1

3.1装置整体组成

装置如图1，包括砂流量控制器、水流量控制器、砂水容器、振动台以及空气压缩机。设计一种路基材料前处理装置，其特征在于，砂流量控制器，包含：砂控制电磁阀、砂控制气缸、砂控制气缸连接件、砂控制挡板、进砂口、出砂口、称砂电子秤，砂控制电磁阀通过管筒与砂控制气缸连接；砂控制气缸、砂控制气缸连接件及砂控制挡板依次连接；砂流量控制器上部设有进砂口，侧部设有出砂口，内部放置有称砂电子秤；水流量控制器，包含：水控制电磁阀、水控制气缸、水控制气缸连接件、水控制挡板、进水口、出水口及称水电子秤，水控制电磁阀通过管筒与水控制气缸连接；水控制气缸、水控制气缸连接件及水控制挡板依次连接；水流量控制器上部设有进水口，侧部设有出水口，内部放置有称水电子秤；砂水容器，位于振动台上，包含：混合槽、排水口；振动台和空气压缩机都是通用件。

3.2装置的工作机理

1）总体

通过砂流量控制器控制进砂量；通过水流量控制器控制进水量；砂水容器作为砂水混合的容器；通过振动台对砂水混合试样进行振动压实；通过空气压缩机为砂流量控制器、水流量控制器提供动力。

2）砂流量控制器

通过进砂口向砂流量控制器加砂；通过称砂电子秤实时监测砂流量控制器的含砂量；跟据试验要求、装置具体尺寸及称砂电子秤读数来设定PLC；通过PLC来控制砂控制气缸的伸长与缩短；通过砂控制气缸的伸长与缩短带动砂控制气缸连接件上下运动；通过砂控制气缸连接件上下运动来控制砂控制挡板的上下运动；通过砂控制挡板的上下运动来控制出砂口的开度进而控制出砂量的多少。

3）水流量控制器

通过进水口向水流量控制器加水；通过称水电子秤实时监测水流量控制器的含水量；跟据试验要求、装置具体尺寸及称水电子秤读数来设定PLC；通过PLC来控制水控制气缸的伸长与缩短；通过水控制气缸的伸长与缩短带动水控制气缸连接件上下运动；通过水控制气缸连接件上下运动来控制水控制挡板的上下运动；通过水控制挡板的上下运动来控制出水口的开度进而控制出水量的多少。

4）砂水容器

砂水容器通过混合槽接收来自水流量控制器、砂流量控制器的一定量的水和砂，通过排水口来排出试验结束后的水。

5）振动台

将激励信号输入一个置于磁场中的线圈，来驱动和线圈相联的工作台。

3.3装置的使用

1）按图连接装置、并将称砂电子秤、称水电子秤归零。

2）通过进砂口给砂流量控制器加砂，并按照试验要求设定PLC的程序从而控制砂控制气缸的运动进而控制出砂量的大小；通过进水口给水流量控制器加水，并按照试验要求设定PLC的程序从而控制水控制气缸的运动进而控制出水量的大小；

3）通过砂流量控制器和水流量控制器加一定比例的砂和水进入砂水容器。

4）开启振动台，通过振动台得到具有一定压实度的砂水混合物。

5）试验结束，关闭各设备。

4、结语与应用

探究制作路基材料前处理装置，即可方便地制作路基试验模型所需要的材料，能使路基模型试验更加有效的进行；此装置还可应用于实际工程中，满足工程需求。

参考文献

[1]刘维正，含水率变化下压实路基土动态回弹模量试验研究与预估模型[J].岩土工程学报，中文核心期刊，ISSN：1000-4548.

[2]朱志鹏，钱德玲，泥石流作用下路基易损性模型试验研究[J].水土保持通报，2018，38（3）：86-93.

[3]李金贝，张鸿儒，高烈度地震区公路天方路基大型振动台模型试验[J].文章编号：1002-0268（2011）11-0001-06.

武汉科技大学大学生创新创业训练计划基金项目《17ZZA102》资助.

作者简介：朱晶，武汉科技大学，汽车与交通工程学院，2016级本科生.