考虑应力主轴旋转的路基服役性能试验系统研制及验证
崔新壮1,2 包振昊1 杜业峰1 郝建文1 金青1 曹天才1 张圣琦1 张小宁2
1. 山东大学，山东济南 250061
Development and verification of subgrade serviceability test system considering the principal stress rotation
Cui Xinzhuang1,2 Bao Zhenhao1 Du Yefeng1 Hao Jianwen1 Jin Qing1 Cao Tiancai1 Zhang Shengqi1 Zhang Xiaoning2
1. Shandong University, Jinan 250061, China
摘要 为了精准复现交通荷载作用下公路路基三维应力状态与服役性能演化过程，研制一种考虑应力主轴旋转的公路路基服役性能试验系统。路基服役性能试验系统主要是以加载系统为核心、全数字伺服控制系统及数据采集系统等辅助模块组成。根据交通荷载作用下路基土单元全应分量(3个正应力、3个切应力)的时程特征，设计以4个动态作动器及3个静态作动器为核心的加载系统，通过静动协同加载来实现不同层位路基土单元的应力主轴旋转效应。基于交通荷载作用下公路路基动力响应理论模型，结合加载系统的机械结构与空间特征，建立公路路基三维动应力复现理论，并提出由“应力谱”到“加载谱”的转化方法。基于该试验系统，开展汽车荷载作用下公路路基内部三维应力状态验证试验。结果表明，各静动伺服作动器的实际输出荷载偏差低于1%，表明研制的路基服役性能试验系统能够精准复现交通荷载作用下路基内部的三维应力状态；路基内部的竖向动应力沿深度方向逐渐衰减，土单元所经历的应力路径呈近似“心形”，并且各动应力分量时程曲线与竖向动应力衰减规律均与理论计算结果有较高的吻合度。虽然该试验系统的加载装置在加载过程中位置不变，但是依然可以通过“七缸联动、协调加载”的方式复现交通荷载“远-近-远”移动过程中路基工作区不同深度土单元的动力响应。因此，该文研制的路基服役性能试验系统为开展真实应力条件下公路路基服役性能演化规律研究提供新思路、新方法和新技术。
关键词 ：
道路工程 ,
公路路基 ,
应力主轴旋转 ,
模型试验 ,
加载系统 ,
服役性能
Key words ：
highway engineering
highway subgrade
principal stress rotation
model test
loading system
serviceability
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