[发明专利]一种电磁式动力平板载荷试验检测设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程中地基承载力与变形模量的试验和检测技术，特别涉及一种电磁式动力平板载荷试验检测设备及方法。

背景技术

土木工程中地基变形模量及承载力试验及检测是地基工程性质评定的基本手段及要求，是行业与地方规范规程所规定的基本检测，其试验及检测的主要指标是地基的承载力特征值和变形参数。

一直以来，建筑行业通常采用静力平板载荷试验方法检测地基承载力与变形模量。然而在实践中，该方法存在如下问题：其一为荷载施加的原因，时间与试验本身成本均较高；其二是荷载方式为静态的，施加的荷载本身难以达到较高的量值，而且其所测地基仅为承压平板下2.0～2.5倍承压板直径（或宽度）以内深度范围的地基；其三为所测量的变形参数仅是静态参数，不能较好反应动态荷载下地基（诸如高铁、高速公路地基等）的动态响应性状。

20世纪90年代德国提出动态变形模量Ed标准（德国已于1997年开始在铁路工程（包括高速铁路）中增加了动态变形模量E d标准），以作为路基压实质量控制标准；其特点是试图反映列车在高速运行时产生的动应力对路基的真实作用状况。在我国，类似地利用E_vd动态平板荷载试验仪进行动态弹性模量E_vd（dynamic modulus of deformation，是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参数；即假定冲击力恒定和泊松比μ为0.21的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量即在利用圆形荷载板及给定泊松比μ为0.21的情况下E_Vd=0.79(1-μ²)dσ/s=1.5rσ/s=22.5/s）测试作为路基压实质量控制标准。动态变形模量检测方法现已纳入我国铁道行业标准《铁路工程土工试验规程》。然而，该方法在实际应用中也有如下问题：一是最大冲击力仅为7.07kN，测试深度范围很小，仅有400～500mm；二是承压板直径为300mm，在地基土（特别是粗颗粒土）具有明显尺寸效应情况下（目前公认：若压板面积0.5m²,即边长约为708mm或直径约为800mm及以上，其尺寸效应影响可忽略不计）有不可忽略的尺寸效应误差；三是要求冲击（承载板）持续时间（即荷载脉冲宽度）为18±2ms，而实际上该持续时间与地基土性相关，若按此严格限定持续时间，所测试的地基土类别就十分有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对土木工程的现场（足尺承压平板荷载）地基检测，提供一种电磁式动力平板载荷试验检测设备，该设备可实现较高的冲击能量，消除尺寸效应影响并达到静态平板载荷试验功能要求。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的电磁式动力平板载荷试验检测方法。

本发明的技术方案为：一种电磁式动力平板载荷试验检测设备，包括电磁铁组件、撞击杆、外套筒、电磁加速线圈和冲击座板组件，电磁铁组件设于外套筒上方，撞击杆设于外套筒内，冲击座板组件设于外套筒下方，外套筒内侧壁上设有多级电磁加速线圈，各级电磁加速线圈分别外接电路控制系统；冲击座板组件包括冲击座和承压平板，承压平板固定于冲击座底部；冲击座板组件静止固定于外套筒底部时，冲击座的直线段嵌入外套筒内部。

为了减少冲击座板组件与外套筒之间的碰撞或摩擦，所述冲击座与外套筒底部的相接处还设有缓冲垫；冲击座与承压平板通过螺栓锁紧固定，承压平板的型号或规格可以根据待检测地基的实际需要进行更换。

所述电磁铁组件包括电磁铁支座和吸盘式电磁铁，电磁铁支座通过支撑柱固定于外套筒上方，吸盘式电磁铁固定于电磁铁支座中部，设于外套筒内的撞击杆对应位于吸盘式电磁铁下方；吸盘式电磁铁上设置电磁铁接线柱，电磁铁接线柱外接电路控制系统。通过电路控制系统向吸盘式电磁铁供电或断电，从而使吸盘式电磁铁产生磁力吸住或释放撞击杆。

作为一种优选方案，所述电磁加速线圈有三级，由上至下分别为一级电磁加速线圈、二级电磁加速线圈和三级电磁加速线圈；外套筒的外壁上设有多个线圈接线柱，各级电磁加速线圈分别通过对应的线圈接线柱外接电路控制系统。根据试验装置和测试对象的实际需要，电磁加速线圈的级数可以酌量增加或减少。

所述撞击杆可为单一材料成型的磁性杆，撞击杆的长度小于吸盘式电磁铁与一级电磁加速线圈之间的距离，以使得电磁加速线圈的电磁力能有效作用于撞击杆。