[发明专利]一种道砟散体与基床动力响应模型及试验方法

说明书

本发明涉及一种道砟散体与基床动力响应模型，包括基床以及从下至上依次铺设在基床上的第一道砟层、第二道砟层、轨枕和轨道，基床包括模型箱以及填筑在模型箱内的填料土，模型箱为上端敞口等腰梯形箱，上端敞口等腰梯形箱的两腰板、两界面板和底板分别采用柔性板、半刚性板和刚性板制成，轨道上设有双激振点；第一道砟层中道砟颗粒内埋设有磁铁；还包括磁力仪，磁力仪用于追踪磁铁随道砟颗粒的运动轨迹；还包括测试元件，测试元件设置在基床的填料土上。本发明的有益效果是：通过特殊的设置，获得模型中道砟在柔性基床内运动过程的跟踪观测以及基床附近处道砟和基床的应力状态进行跟踪观测获得有关道砟陷槽病害微观力学行为规律。

技术领域

本发明涉及散体动力学、断裂力学和道路与铁道工程领域，尤其涉及一种道砟散体与基床动力响应模型及试验方法。

背景技术

研究既有铁路路基道砟囊、道砟陷槽病害形成的微观力学机制，需要研究有砟轨道道砟与基床接面处在列车动荷载作用下的细观力学行为，通常道砟颗粒与基床的细观力学行为只能通过室内相似模型试验观察获得。

研究有砟轨道路基和道砟层的动力响应关系需要获得动荷载作用下填料土的应力、应变、位移的分布情况，道砟动力响应关系需要获得道砟和基床接触面处某个断面道砟行为轨迹分布情况。

在做道砟与基床接触面处的动载数值仿真计算时，道砟和基床的物理力学参数的获得非常关键。

基于相似定理的室内结构动力模型试验的设计方法。试验模型与被模拟的原型结构满足物理力学相似，需要满足几何尺寸相似、应力应变关系相似、质量和重力相似以及初始条件和边界条件相似。

结构动力模型试验的量纲分析确定各物理量之间的关系，线弹性范围内的表达式如下：

f(σ,l,E,ρ,t,u,v,a,g,ω)＝0

λ_σ＝λ_E

λ_u＝λ_l

λ₁＝l_p/l_m

其中，σ、l、E、ρ、t、u、v、a、g、ω依次为动应力、长度、弹性模量、密度、时间、位移、速度、加速度、重力加速度、圆频率。以长度l、密度ρ和弹性模量E为基本未知量。定义λ为原型与模型之间物理量的相似比。λ_l,λ_υ,λ_E分别为几何比尺、质量密度比尺、弹性模量比尺。

λ_σ、λ_t、λ_u、λ_v、λ_a、λ_g、λ_w分别为应力比尺，时间比尺、变形比尺、速度比尺、加速度比尺,重力加速度比尺和圆频率比尺。P,m分别代表原型和模型。Cauchy常数、Froude常数这就是关于质量和重力相似的两个重要常数。Cauchy常数或Froude常数与原型保持一致。

重力相似律：Froude常数反映原型与模型之间惯性力与重力的比值相等的要求，即重力相似律。重力相似律可用于研究土工建筑物临近破坏阶段的相似关系。重力相似律要求Froude常数模型与原型一致。

λ_g＝1