(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 202211242424.X (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 申请人 济南东测试验机技 术有限公司 　 重庆大学　山东交通学院 (72)发明人 崔新壮　包振昊　郝建文　王旭东　 张小宁　李晋　张炯　杜业峰　 张圣琦　李向阳　颜世荣　王艺霖　 刘炳成　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 武博(51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/12(2006.01) G01N 3/36(2006.01) (54)发明名称 可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应 模拟装置及方法 (57)摘要 本发明公开了可实现应力主轴旋转的路基 地基动力响应模拟装置及方法， 涉及交通工程领 域， 包括用于接触路基的约束板， 约束板中心设 有加载板， 加载板安装加载装置， 加载装置周向 均匀分布多个动态作动器， 加载装置中心连接一 个动态作动器， 各动态作动器与约束板上方的连 接板相连； 约束板和连接板 之间连接有多个静态 液压缸， 且静态液压缸与加载装置周向的动态作 动器交错分布， 静态液压缸与动态作动器 静动协 同控制， 以模拟路基地基土体应力主轴旋转效 应。 本发明能够真实、 精确地模拟考虑应力主轴 旋转效应的路基地基动力响应， 能够模拟多种交 通荷载形式， 应用范围广。 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 CN 115479833 A 2022.12.16 CN 115479833 A 1.可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特征在于， 包括用于接触路 基的约束板， 约束板中心设有加载板， 加载板安装加载装置， 加载装置周向均匀分布多个动 态作动器， 加载装置中心连接一个动态作动器， 各动态作动器与约束板上 方的连接 板相连； 约束板和连接板之间连接有多个静态液压缸， 且静态液压缸与加载装置周向的动态作 动器交错分布， 静态液压缸与动态作动器静动协同控制， 以模拟路基地基土体应力主轴旋 转效应。 2.根据权利要求1所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特征 在于， 位于加载装置周向的动态作动器与连接板形成锐角， 中心的动态作动器垂直于连接 板。 3.根据权利要求2所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特征 在于， 所述加载装置周向的动态作动器与连接 板之间的夹角为5 0～60°。 4.根据权利要求1或2所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特 征在于， 所述加载装置包括加载帽和万向加载体， 加载帽与加载板固定， 万向加载体外切于 加载帽， 且二 者形成滑动副。 5.根据权利要求1或2所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特 征在于， 所述动态作动器一端通过铰链与连接板相连， 另一端通过万向球铰与加载装置相 连。 6.根据权利要求1所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特征 在于， 所述静态液压缸垂直于连接 板和约束板 。 7.根据权利要求6所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特征 在于， 所述静态液压缸的固定端与连接 板相连， 活动端与约束板相连。 8.根据权利要求1所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特征 在于， 所述动态作动器内部安装有位移传感器和轴力传感器。 9.根据权利要求1所述的可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置， 其特征 在于， 所述连接 板安装于主体框架。 10.可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装置方法， 其特征在于， 采用如权利 要求1‑9任一所述的模拟装置， 包括： 根据弹性非饱和半空间动力响应理论模型， 计算动应力谱； 基于动应力谱建立动荷载加载板表面积和上覆结构厚度的应力修 正公式； 根据应力修 正公式计算加载装置需要实现的加载谱， 得到加载板的加载时程曲线； 根据加载时程曲线 进行各动态作动器的协同加载。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115479833 A 2可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及交通工程领域， 尤其涉及可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模 拟装置及方法。 背景技术 [0002]交通荷载具有明显 的循环效应、 移动效应和速度效应。 大周次的交通荷载往复作 用会对路基地基填料 的弹性变形和永久变形均产生影响。 在循环交通荷载作用下， 对路基 内任意单元体， 汽车或火车 “远—近—远 ”的快速移动会引起路线纵断面内的应力主轴旋 转， 转弯和变道会引起横断面内的应力主轴旋转。 交通荷载作用下路基地基土体主应力轴 旋转的“揉搓”效应会大大加速土体的超静孔压发展， 同时土体的动强度也因主应力轴旋转 而降低， 加剧了土体的累积 变形和破坏。 所以， 在交通工程领域中研究路基地基结构中的土 体应力主轴旋转效应至关重要。 [0003]目前， 室内动三轴仪或空心圆柱扭剪仪是评估交通荷载条件下路基地基土体动力 响应和变形的常用方法， 然而， 由于受采样过程的影响， 土样本身的性质和内部结构状态与 现场土层中的实际情况相 差很大， 不能为交通基础设施的路基地基变形分析提供精细、 明 确的指导。 除此之外， 比尺模型试验和加速加载试验也是研究路基地基动力响应的手段， 但 现有比尺模型试验多采用单点竖向激振加载， 无法反映模拟出 交通荷载所带来的应力主轴 旋转效应； 即使通过多点激振加载模拟交通荷载的移动效应， 但对土体内部应力主轴旋转 效应的模拟属于间接模拟， 无法精准复现真实的路基地基动应力特征， 并且该装置目前仅 适用于铁路工程领域， 无法满足公路和机场场景下 的交通荷载模拟。 加速加载设备主要是 用于研究路面性能和损伤演化规律， 不能将路基本身压缩和地基的沉降分离出来， 不能在 道路建设前对 路基地基的抗变形能力进行评估， 亦不能对通车后交通荷载作用下累积变形 进行预测。 发明内容 [0004]针对现有技术存在的不足， 本发明的目的是提供可实现应力主轴旋转的路基地基 动力响应模拟装置及方法， 能够真实、 精确 地模拟考虑应力主轴旋转效应的路基地基动力 响应， 能够模拟多种交通荷载 形式， 应用范围广。 [0005]为了实现上述目的， 本发明是通过如下的技 术方案来实现： [0006]第一方面， 本发明的实施例提供了可实现应力主轴旋转的路基地基动力响应模拟 装置， 包括用于接触路基的约束板， 约束板中心设有加载装置， 加载装置周向均匀分布多个 动态作动器， 加载装置中心连接一个动态作动器， 各动态作动器与约束板上方的连接板相 连； [0007]约束板和连接板之间连接有多个静态液压缸， 且静态液压缸与加载装置周向的动 态作动器交错分布， 静态液压缸与动态作动器静动协同控制， 以模拟路基地基土体应力主 轴旋转效应。说　明　书 1/6 页 3 CN 115479833 A 3