鈣質砂交通荷載多功能路基模型試驗裝置的制作方法

本發明涉及巖土力學領域，尤其涉及一種鈣質砂交通荷載多功能路基模型試驗裝置；用于模擬車輛、飛機等交通工具行駛過程中對路面施加的交通荷載，并可探測路基內部土體所受壓力、孔隙水壓力以及土體變形情況。

背景技術：

隨著我國建設事業的發展，公路、橋梁、鐵路等建設工程飛速進度，交通工具也在進行不斷發展，重型車輛、飛機等交通工具的產生對于公路的承載特性提出了更高要求。以車輛、飛機為代表的交通工具產生的荷載具有其自身特點，其中交通荷載的長期周期性的施加會造成路基的變形沉降，更有甚者會因此造成道路的損壞，不僅包括其自重，還因為路面、輪胎的不平整，加上行駛過程中機器運行的振動，屬于典型的動荷載，還例如飛機在起飛、降落過程中還會對路基產生明顯的沖剪效應，這些復雜多變的交通荷載是工程設計時考慮的難題，很容易對于道路路基產生影響，影響交通工具行駛安全。

此外路基工程設計時不僅要考慮控制宏觀的路基沉降變形，同時還要考慮路基內部土層的受力和變形特點，由于島礁特殊的地理條件，路基的填筑多采用島礁現有巖土工程介質材料，需要考慮鈣質砂礫在路基受荷條件下的變形和顆粒破碎問題，同時由于島礁路基其服役條件往往是在臨海環境中進行，還要考慮水位升降、雨水淋濾蒸發等對路基結構性的影響。

因此在研究鈣質砂路基時，需要探究路基在交通荷載作用下的路基沉降、土體內部受力、變形的情況，同時還要分析路基變形過程中土體的位移情況，進而對工程建設提出相應的改進措施。

技術實現要素：

本發明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種鈣質砂交通荷載路基模型試驗裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

采用環形對稱結構，研究在長期交通荷載作用下鈣質砂路基形以及土體內部壓力、孔隙水壓力變化情況，同時通過在路基模型槽側壁開設一定區域觀察窗，利用數字圖像關聯和跟蹤技術（DIC），觀測并分析路基變形情況；模型裝置的特點在于采用了一種環形跑道結構，其特點是能夠節約空間，減少試驗耗費，并通過荷載施加系統對路基施加不同大小、頻率、形式的交通荷載，通過埋設在路基中的傳感器實時獲取土體內部壓力情況。

具體地說，本裝置包括支架部分、路基模型部分、驅動與傳動部分、荷載施加部分、傳感器監測部分和水位波動部分；

其位置和連接關系是：

支架部分為整個裝置的支撐部分；

在路基模型部分內盛裝有鈣質砂，在鈣質砂內埋設有傳感器監測部分；

驅動與傳動部分、荷載施加部分、水位波動部分別與路基模型部分相連接。

與現有技術相比，本發明具有下列優點和有益效果：

①采用環形對稱結構，對比于直線型重物堆載車式的反復碾壓的測試方法，節約空間場地，操作簡便，提升工作效率，并可對路基模型施加不同形式的交通荷載，尤其是可變的線性荷載，可模擬實際工程中各類交通荷載對路基的動力作用效果，以及飛機對路基的沖剪效應，解決了常規路基模型試驗采用靜力加載不符合實際、荷載單一、占用空間大和耗時耗力的問題；

②可模擬島礁環境中海洋潮汐漲落的水位波動現象、雨水淋濾蒸發的干濕循環現象等造成的路基內部土體結構變化，可進一步對海況條件下路基的穩定性進行評價分析；

③采用環形對稱結構，荷載施加形式包括輪胎雙向圓周旋轉和豎立自轉扭動兩種形式，可模擬車輛反復來回行駛和飛機停靠起落原地水平打轉的情形，更切近與實際交通荷載形式；

④利用數字圖像關聯和跟蹤技術（DIC），通過控制輪胎運動半徑，使輪胎作用點緊臨模型槽外壁，根據半無限體空間假定，通過外壁設置的透明觀察窗可實時獲取此時路基在交通荷載作用下，其內部各層土體的變形沉降以及土體的位移圖像，利用數字圖像關聯和跟蹤技術，進一步分析土體顆粒在荷載作用下的土體位移。

總之，本發明對鈣質砂路基模擬施加不同類型的交通荷載裝置，采用環形對稱結構，節省模型試驗空間和耗費，可模擬島礁海洋環境下的臨海路基，研究水位升降、雨水淋濾蒸發等情況對路基土體結構性穩定性的影響；可施加車輛反復來回行駛、飛機起落沖切、輪胎原地自轉等多種形式的交通荷載，獲取路基變形，土體內部受力和孔隙水壓力變化等參數，并利用數字圖像關聯和跟蹤技術對路基分層變形、土體位移進行分析。

附圖說明

圖1.1是本裝置的結構方框圖，

圖1.2是本裝置的組裝效果圖，

圖1.3是支架部分的結構示意圖；

圖2.1是路基模型部分的結構俯視圖，

圖2.2是路基模型部分的結構主視圖，

圖2.3是路基凹槽的結構立體圖，

圖2.4是路面示意圖；

圖3.1是驅動與傳動部分300的結構示意圖，

圖3.2是傳動軸330和限位單元340的結構爆炸圖；

圖4.1是荷載施加部分400的結構示意圖，

圖4.2是荷載動力模塊410的結構示意圖，

圖4.3是傳壓帽及其連接組成結構圖，

圖4.4是圓周旋轉模塊420的結構示意圖，

圖4.5是圓周旋轉組裝結構圖，

圖4.6是承壓帽多角度結構圖，

圖4.7是圓周旋轉主橫梁結構圖，

圖4.8是支撐架結構圖，

圖4.9是圓周旋轉減震架結構圖，

圖4.10是自旋轉模塊430的結構示意圖，

圖4.11是自旋轉模塊430的剖切結構示意圖，

圖4.12 是自旋轉組裝結構圖，

圖4.13 是自旋轉主橫梁結構圖，

圖4.14 是自旋轉支架結構圖；

圖5是傳感器布設方法示意圖；

圖6.1是水位波動部分圖，

圖6.2是水箱多角度結構圖；

圖7是線性荷載施加單元的結構方框圖；

圖8是數字圖像測量路基變形和土體位移方法的流程圖。

圖中

100—支架部分，

110—支架槽鋼；

120—支撐槽鋼；

130—絲桿；

140—安裝槽鋼，

141—氣缸安裝槽鋼，142—軸承支座安裝槽鋼，

143—驅動安裝槽鋼；

150—安裝角鋼；

160—軸承支座。

200—路基模型部分，

211—素混凝土路面，212—鈣質砂路基土，213—鈣質礫路基基床；

214—位移計支板；

220—凹槽，

221—出水口，222—水位管，223—第一進水口，

224—第二進水口，225—第三進水口，226—觀察窗。

300—驅動與傳動部分，

310—主電動機；

320—SEW減速器；

330—傳動軸，

331—鍵槽，332—方形軸，333—限位滑槽；

340—限位單元，

341—銷釘、342—第一限位螺母、343—第二限位螺母；

350—電機轉向控制器。

400—荷載施加部分，

410—荷載動力模塊，

412—調壓閥，

413—氣缸，

414—氣缸推桿，

415—傳壓帽，

415a—傳壓帽外殼，415b—傳壓推力球軸承，

415c—外緊固螺母，415d—內緊固螺母，

417—調壓閥，

418a—電氣比例閥，418b—直流電源，418c—信號發生器；

420—圓周旋轉模塊，

421—第一承壓帽，

422—第一主橫梁，

423a—第一大螺母，423b—第二大螺母，

424a—第一支撐板，424b—第二支撐板，

425a—第一彈簧，425b—第二彈簧，

427a—第一減震架，427b—第二減震架，

428a—第一橡膠輪，428b—第二橡膠輪、

429a—第一輪軸，429b—第二輪軸；

430—自旋轉模塊，

431—第二承壓帽，

432—第二主橫梁，

433a—第一副電機，433b—第二副電機，

434a—第一圓錐齒輪，434b—第二圓錐齒輪，

435a—第一推力球軸承，435b—第二推力球軸承，

436a—第一自旋轉支架，436b—第二自旋轉支架、

437a—第三輪軸，437b—第四輪軸，

438a—第三橡膠輪，438b—第四橡膠輪，

439a—第一限位軸承，439b—第二限位軸承。

500—傳感器監測部分

m—土壓力采集器，m1—微型土壓力盒，

n—孔隙水壓力采集器，n1—微型孔隙水壓力盒

g—計算機，s—攝像頭。

600—水位波動部分，

610—門吊，

611—門形支架，612—第一環扣，613—手拉葫蘆，

614—萬向輪；

620—水箱，

621—水箱箱體，

621a—水箱瀉水口，621b—第一出水口，

621c—第二出水口，621d—第三出水口；

622—第二環扣；623—第三環扣。

具體實施方式 下面結合附圖和實施例詳細說明： 一、裝置 1、總體

如圖1.1、圖1.2，本裝置包括支架部分100、路基模型部分200、驅動與傳動部分300、荷載施加部分400、傳感器監測部分500和水位波動部分600；

其位置和連接關系是：

支架部分100為整個裝置的支撐部分；

在路基模型部分200內盛裝有鈣質砂A，在鈣質砂A內埋設有傳感器監測部分500；

驅動與傳動部分300、荷載施加部分400、水位波動部分600分別與路基模型部分200相連接。

工作機理是：

支架部分100是整個裝置的基礎承載框架，在支架部分100的內部設置有驅動與傳動部分300，驅動與傳動部分300的活動端作用于路基模型部分200上；荷載施加部分400位于支架100上，其荷載通過驅動與傳動部分300傳遞到路基模型部分200；路基模型部分200由素混凝土路面211、鈣質砂路基土212、鈣質礫路基基床213組成，依次傳遞荷載；傳感器監測部分500所屬微型土壓力盒501、微型孔隙水壓力盒504位于鈣質砂路基土212中，分別用來測定對應的參數；水位波動部分600用于模擬海洋潮汐作用引起的水位升降，通過起吊外部水箱實現。

2、功能部分

1）支架部分100

如圖1.3，支架部分100是本裝置的支撐體，由支架槽鋼110、支撐槽鋼120、絲桿130、安裝槽鋼140、安裝角鋼150和軸承支座160搭建而成的長方體結構；

所述的安裝槽鋼140包括氣缸安裝槽鋼141、軸承支座安裝槽鋼142和驅動安裝槽鋼143，分別設置在支架部分100的上、中、下部。

2）路基模型部分200

如圖2.1、2.2，路基模型部分200包括路基210和凹槽220；在凹槽220內設置有路基210；

（1）路基210

路基210包括素混凝土路面211、鈣質砂路基土212、鈣質礫路基基床213和位移計支板214；

從上到下，素混凝土路面211、鈣質砂路基土212和鈣質礫路基基床213依次連接，位移計支板214；

*素混凝土路面211是由水泥、鈣質砂按照一定比例混合后在模具中澆筑制成環形混凝土結構；其主要作用是模擬實際交通路面，直接承受上部驅動和傳動部分300所傳遞的荷載；提供足夠的摩擦系數、與鈣質砂路基土212協調變形，其一側設置有位移計支板214；

*鈣質砂路基土212由0.5～2mm粒徑大小鈣質砂按照一定比例混合形成；

*鈣質礫路基基床213由5～20mm粒徑大小鈣質礫按照一定比例混合形成；

*位移計支板214為一長方形板，嵌于素混凝土路面211一側邊緣，上部與電位移計w1連接，其作用為測量路面211沉降位移。

（2）凹槽220

如圖2.3，凹槽220為一外徑1000mm、內徑200mm、高500mm的環狀容器，在外壁上均布有第一進水口223、第二進水口224和第三進水口225，還設置有出水口221、水位管222和觀察窗226；

*水位管222為L形帶刻度的透明塑料管，與出水口221連接。

*第一進水口223、第二進水口224和第三進水口225均為通用閥門；

*觀察窗226為一略帶弧度的透明高強窗形玻璃板，具有良好的透視性。

3）驅動與傳動部分300

如圖3.1、圖3.2，驅動與傳動部分300包括主電動機310、SEW減速器320、傳動軸330、限位單元340和轉向控制器350；

轉向控制器350、主電動機310、SEW減速器320和傳動軸330依次連接；

在傳動軸330的上設置有限位單元340。

（1）主電動機310

主電動機310是一種通用件，功率為1.4KW；

其作用是提供動力。

（2）SEW減速器320

SEW減速器320是一種通用件，減速比是40：1；

其作用是轉速換向，將主電動機310水平旋轉轉換為豎向旋轉，并控制傳動軸330旋轉速度。

（3）傳動軸330

如圖3.2，傳動軸330包括鍵槽331、方形軸332、限位滑槽333和軸身334；

軸身334為一種圓鐵柱，在軸身334的上半部分連接有方形軸332，在方形軸332的上端設置有限位滑槽333，在軸身334的下端設置有鍵槽331；

在傳動軸330的上端通過限位滑槽333和限位單元340連接，下端通過鍵槽331和SEW減速器320連接。

限位滑槽333是一種中部是長方形、兩端是半圓形的孔槽；

其作用是給傳動軸330與第一主橫梁422的上下相對滑動提供足夠的運動空間。

（4）限位單元340

限位單元340包括銷釘341、第一限位螺母342和第二限位螺母343。

在銷釘341的前、后端分別連接有第一限位螺母342和第二限位螺母343。

限位單元340通過限位滑槽333與傳動軸330上半部分方形軸332相連。

限位單元340的作用是限制傳動軸330與第一主橫梁422發生相對轉動，但可以上下滑動。

*銷釘341是一細絲桿。

*第一限位螺母342和第二限位螺母343為通用件。

作用是將銷釘341卡在限位滑槽333中。

（5）電機轉向控制器350

電機轉向控制器350是一種通用件，其作用是控制主電動機310實現正反向轉換，用以模擬交通工具前進和后退的情形。

4）荷載施加部分400

如圖4.1，荷載施加部分400包括荷載動力模塊410、圓周旋轉模塊420和自旋轉模塊430，圓周旋轉模塊420和自旋轉模塊430分別與荷載動力模塊410連接。

（1）荷載動力模塊410

如圖4.2，荷載動力模塊410包括空壓機411、調壓閥412、氣缸413、氣缸推桿414和傳壓帽415；

空壓機411、調壓閥412和氣缸413依次連接，使氣缸推桿414運動；

氣缸推桿414和傳壓帽415連接，帶動傳壓帽415運動。

荷載動力模塊410的工作原理：

荷載動力模塊410可以對圓周旋轉模塊420和自旋轉模塊430施加豎向靜荷載和線性荷載，同時可以對荷載頻率、大小進行改變。

如圖4.3，所述的傳壓帽415包括傳壓帽外殼415a、傳壓推力球軸承415b、外緊固螺母415c和內緊固螺母415d；

氣缸活塞推桿414、外緊固螺母415c、傳壓帽外殼415a、內緊固螺母415d、傳壓推力球軸承415b依次連接。

工作原理：

傳壓帽415上部與氣缸推桿414連接，下部傳壓推力球軸承416b與承壓帽421連接，傳壓帽415可與承壓帽421發生相對滾動，在運動時傳遞垂直荷載。

（2）圓周旋轉模塊420

如圖4.4，圓周旋轉模塊420包括第一承壓帽421、第一主橫梁422、第一大螺母423a、第二大螺母423b、第一支撐架424a、第二支撐架424b、第一彈簧425a、第二彈簧425b、第一減震架427a、第二減震架427b、第一橡膠輪428a、第二橡膠輪428b、第一輪軸429a、第二輪軸429b；

其位置和連接關系是：

第一承壓帽421和第一主橫梁422上下連接；

第一主橫梁422左邊、第一支撐架424a、第一大螺母423a、第一減震架427a、第一彈簧425a、第一橡膠輪428a和第一輪軸429a依次連接；

第一主橫梁422右邊、第二支撐架424b、第二大螺母423b、第二減震架427b、第二彈簧425b、第二橡膠輪428b和第二輪軸429b依次連接。

工作原理：

如圖4.5，所述的圓周旋轉模塊420為一個功能性主體，與傳動軸330連接，并可方便地從傳動軸330上取下；主電動機310工作，通過SEW減速器320帶動傳動軸330轉動，傳動軸330在方孔422a和方形軸332的配合和限位單元340的作用下，通過第一主橫梁422驅動著圓周旋轉模塊420結構體在素混凝土路面211上旋轉，同時氣缸414通過氣缸推桿415給第一承壓帽421施加靜荷載或線性荷載，進而給圓周旋轉結構體施加豎向的靜荷載或線性荷載，迫使第一橡膠輪428a和第二橡膠輪428b給路基模型部分200施加荷載。

如圖4.6（a），所述第一承壓帽421為一上部封閉的空心圓筒；

第一承壓帽421其上端與傳壓推力球軸承415b連接，下端與第一主橫梁422連接；其作用是承受傳壓帽415傳遞的荷載；

如圖4.7，所述的第一主橫梁422為一方鋼橫梁，在中心設置有豎向的方孔422a，其中部水平方向有第一小圓孔422b和第二小圓孔422c；

銷釘341、第一限位螺母342、第一小圓孔422b、方孔422a、限位滑槽333、第二小圓孔422c、第二限位螺母343依次連接；

方孔422a套在方形軸332上，與其活動連接，上下滑動。

如圖4.8（a），所述的第一支撐架424a為一H型支架，為非標準件，中部開設有第一安裝孔424a-H；在H型支架下部分別開設有左第一支撐架滑槽H1和右第一支撐架滑槽H2；

如圖4.8（b），所述的第二支撐架424b為一H型支架，為非標準件，中部開設有第二安裝孔424b-H；在H型支架下部分別開設有左第二支撐架滑槽H3和右第二支撐架滑槽H4；

如圖4.9（a），所述的第一減震架427a為非標準件，包括上下連接的第一減震架圓軸c-1和第一減震架門形板d-1；

在第一減震架門形板d-1的下端兩側分別設置有左第一減震架小孔e-1和右第一減震架小孔f-1；

如圖4.9（b），所述的第二減震架427b為非標準件，包括上下連接的第二減震架圓軸c-2和第二減震架門形板d-2；

在第二減震架門形板d-2的下端兩側分別設置有左第二減震架小孔e-2和右第二減震架小孔f-2；

所述的第一輪軸429a為非標準件，包括左第一輪軸限位螺母429a-1、第一輪軸限位絲杠429a-2和右第一輪軸限位螺母429a-3；

（3）自旋轉模塊430

如圖4.10、圖4.11，自旋轉模塊430包括第二承壓帽431、第二主橫梁432、第一副電機433a、第二副電機433b、第一圓錐齒輪434a、第二圓錐齒輪434b、第一推力球軸承435a、第二推力球軸承435b、第一自旋轉支架436a、第二自旋轉支架436b、第三輪軸437a、第四輪軸437b、第三橡膠輪438a、第四橡膠輪438b、第一限位軸承439a、第二限位軸承439b；

所述的第二承壓帽431為一圓筒，下端通過螺絲與第二主橫梁432連接，上端與氣缸推桿415下端相連；

第二主橫梁432左邊、第一副電機433a、第一圓錐齒輪434a、第一推力球軸承435a、第一自旋轉支架436a、第三輪軸437a、第三橡膠輪438a、第一限位軸承439a依次連接；

第二主橫梁432右邊、第二副電機433b、第二圓錐齒輪434b、第二推力球軸承435b、第二自旋轉支架436b、第四輪軸437b、第四橡膠輪438b、第二限位軸承439b依次連接。

工作原理：

如圖4.12，所述自旋轉模塊430為一個功能性主體，與傳動軸330連接，并可方便地從傳動軸330上取下，副電機433a（b）工作，通過圓錐齒輪434a（b）換向減速作用帶動自旋轉支架436a（b）轉動，在限位軸承439a（b）和推力球軸承435a（b）的作用下，通過自旋轉支架436a（b）驅動著第三橡膠輪438a和第四橡膠輪438b在素混凝土路面211上自旋轉，同時氣缸414通過氣缸推桿415給第二承壓帽431施加靜荷載或線性荷載，迫使第三橡膠輪438a和第四橡膠輪438b給路基模型部分200施加荷載。

*第二承壓帽431

如圖4.6（b），第二承壓帽431為一上部封閉的空心圓筒；

第二承壓帽431其上端與傳壓推力球軸承416b連接，下端與第二主橫梁432連接；其作用是承受傳壓帽415傳遞的荷載；

*第二主橫梁432

如圖4.13，第二主橫梁432為方鋼橫梁，其兩端分別設置有第一圓孔432b、第二圓孔432c，其中部設置有豎向方孔432a；

方孔432a套在方形軸332上，與其活動連接，上下滑動；

*第一自旋轉支架436a

如圖4.14（a），第一自旋轉支架436a包括上下連接的第一自旋轉支架圓軸436a-1和第一自旋轉支架門形板436a-2；

第一自旋轉支架門形板436a-2下端兩側設有第一自旋轉支架門形板小孔g-1、第一自旋轉支架門形板小孔h-1；

*第二自旋轉支架436b

如圖4.14（b），第二自旋轉支架436b包括上下連接的第二自旋轉支架圓軸436b-1和第二自旋轉支架門形板436b-2；

第二自旋轉支架門形板436b-2下端兩側設有第二自旋轉支架門形板小孔g-2、第二自旋轉支架門形板小孔h-2；

*第三輪軸437a

第三輪軸437a包括左第三輪軸限位螺母437a-1、第三輪軸限位絲杠437a-2和右第三輪軸限位螺母437a-3；

*第四輪軸437b

第四輪軸437b包括左第四輪軸限位螺母437b-1、第四輪軸限位絲杠437b-2和右第四輪軸限位螺母437b-3；

5）傳感采集部分500

如圖5，傳感采集部分500包括土壓力采集器m及其土壓力探頭m1，孔隙水壓力采集器n及其孔隙水壓力探頭n1，位移采集器w及其電位移計w1，攝像頭s和計算機g；

土壓力探頭m1和孔隙水壓力探頭n1分別置于路基210中的鈣質砂路基土212中；

電位移計w1置于位移支板214上；

攝像頭s的鏡頭對準觀察窗226；

土壓力采集器m、孔隙水壓力采集器n、位移采集器w和攝像頭s的輸出端分別與計算機g連接。

（1）土壓力采集器m及其土壓力探頭m1

土壓力采集器m為通用件，其土壓力探頭m1是一種電阻式傳感器，為土體所受壓引起力其內部傳感器阻值變化，從而得到該點土體受壓力狀態改變量；

（2）孔隙水壓力采集器n及其孔隙水壓力探頭n1

孔隙水壓力采集器n為通用件，其孔隙水壓力探頭n1是一種電阻式傳感器，為孔隙水受壓引起力其內部傳感器阻值變化，從而得到該點孔隙水受壓力狀態改變量。

（3）位移采集器w及電位移計w1

位移采集器w為通用件，其電位移計w1是一種電阻式傳感器，為伸縮位移引起其內部傳感器阻值變化，從而得到該點位移狀態改變量。

（4）攝像頭s

攝像頭s為通用件，通過數字圖像關聯和跟蹤技術（DIC）計算土體位移。

6）水位波動部分600

如圖6.1、6.2，水位波動部分600包括門吊610和水箱620；

在門吊610內設置有水箱620。

（1）門吊610

門吊610包括門形支架611、第一環扣612、手拉葫蘆613和萬向輪614；

在門形支架611的上橫梁中間下部依次連接有第一環扣612和手拉葫蘆613，在門形支架611的底部連接有4個萬向輪614。

（2）水箱620

水箱620包括水箱箱體621、第二環扣622、第三環扣623和出水管624；

所述的水箱箱體621為一方筒形容器，在水箱箱體621的側壁上部設置有第二環扣622和第三環扣623，分別與手拉葫蘆613相連接；

在水箱箱體621底部設置有水箱瀉水口621a，在水箱箱體621的側壁下部分別設置有第一出水口621b、第二出水口621c和第三出水口621d，分別與出水管624相連接；

水位波動部分600的工作機理：

水位波動部分600為一個功能性主體，與路基模型部分200連接，其出水管624可方便地從路基模型部分200的進水口卸下。水位波動部分600主要作用是給路基模型部分200提供水位可以升降的水，模擬臨海路堤在潮汐水位不斷升降變化的情況下路基模型部分200受各種交通荷載的作用。水位波動部分600是用于模擬臨海路堤工程環境中的水位上升或下降方式，通過水箱620的起吊來實現；水箱620的第一出水口621b、第二出水口621c、第三出水口621d與路基模型部分200的第一進水口223、第二進水口224、第三進水口225連通，通過水箱620的升降控制路基模型部分200內的水位。

二、使用方法

1、交通工具的自重荷載

如圖4.1，交通工具的自重荷載是：

①將空氣壓縮機411、調壓閥417、電磁閥412、氣缸414依次通過導氣管413連成氣路，并接通空氣壓縮機411電源，打開空氣壓縮機411開關，驗證氣密性是否良好，驗證完畢后關閉空氣壓縮機411開關。

②將微型土壓力傳感器盒m1，微型孔隙水壓力盒n1埋入鈣質砂路基土212相應位置，電位移計w1活動端安裝在路基位移板214上，攝像頭s對準觀察窗226，其輸出端接入傳感采集儀503和計算機g，接通主電動機310的電源，傳動軸330在軸承支座160的固定下轉動，轉動的傳動軸330通過上端方形軸332與第一主橫梁422的方孔422a的配合方式和限位銷340的作用驅動圓周旋轉模塊420勻速轉動，帶動第一橡膠輪428a和第二橡膠輪428b貼緊在素混凝土路面211上轉動。

③再打開空氣壓縮機411的開關，通過導氣管413傳導氣體，氣缸414在一定的氣壓的推動下，將氣缸推桿415推出，壓在第一承壓帽421上，實現靜荷載的施加；進一步通過調節調壓閥417，實現荷載大小的調節。

2、飛機起落沖切荷載

如圖4.1，飛機起落沖切荷載是：

①將空氣壓縮機411、調壓閥417、電氣比例閥418a、氣缸414依次氣路連通；將直流電源418b、電氣比例閥418a、信號發生器418c依次電路連接；

②打開直流電源418b開關，調節信號發生器418c，按照所需波形荷載編程；打開電氣比例閥418a開關，調節電氣比例閥418a參數。再接通空氣壓縮機411電源并打開空氣壓縮機411開關，驗證電路和氣路是否能正常工作，若不能正常工作，則重新檢查連接，若能正常工作，則關閉空氣壓縮機411開關；

③將微型土壓力傳感器盒m1，微型孔隙水壓力盒n1埋入鈣質砂路基土212相應位置，其輸出端接入傳感采集儀503和計算機g，接通主電動機310的電源，傳動軸330在軸承支座160的固定下轉動，轉動的傳動軸330通過上端方形軸332與第一主橫梁422的方孔422a的配合方式和限位銷340的作用驅動圓周旋轉模塊420勻速轉動，帶動第一橡膠輪428a和第二橡膠輪428b貼緊在素混凝土路面211上轉動；

④再打開空氣壓縮機411的開關，通過導氣管413傳導氣體，氣缸414在一定的氣壓的推動下，將氣缸推桿415推出，壓在第一承壓帽421上，根據編制好的程序，實現線性荷載的施加；進一步通過調節調壓閥417，實現荷載大小的調節。

3、換向水平旋轉荷載

所述模擬交通工具換向時自旋轉荷載是這樣施加的：

①將空氣壓縮機411、調壓閥417、電磁閥412、氣缸414依次通過導氣管413連成管路，并接通空氣壓縮機411電源，打開空氣壓縮機411開關，驗證氣密性是否良好，驗證完畢后關閉空氣壓縮機411開關；

②將微型土壓力傳感器盒m1，微型孔隙水壓力盒n1埋入鈣質砂路基土212相應位置，其輸出端接入傳感采集儀503和計算機g，；斷開主電動機310的電源，接通副電動機433的電源使其工作，通過圓錐齒輪434的換向減速，自旋轉支架436在限位軸承439的固定下轉動，帶動第三橡膠輪438a和第四橡膠輪438b貼緊在素混凝土路面211上自旋轉運動；

③再打開空氣壓縮機411的開關，通過導氣管413傳導氣體，氣缸414在一定的氣壓的推動下，將氣缸推桿415推出，壓在第二承壓帽431上，實現靜荷載的施加；進一步通過調節調壓閥，實現荷載大小的調節。

4、傳感器布設方法

如圖5，傳感器布設方法是：

①微型土壓力傳感器m1沿深度和水平方向布置，深度方向布置為距離素混凝土路面211下部50cm處1個，100cm處1個。

②微型孔隙水壓力傳感器n1沿深度和水平方向布置，深度方向為距離素混凝土路面211下部50cm處1個，100cm處1個。

③微型土壓力盒m1、微型孔隙水壓力盒n1分別與土壓力采集器m、孔隙水壓力采集器n連接；

④位移計w1與位移采集器w連接，

⑤土壓力采集器m、孔隙水壓力采集器n、位移采集器w分別與計算機連接g。

5、水位波動方法

水位波動方法是：

①用手拉葫蘆613將水箱箱體621降到最低處，并用出水管623將水位波動部分600的第一出水口621b、第二出水口621c、第三出水口621d分別與路基模型部分200的第一進水口223、第二進水口224、第三進水口225連接，并關閉各出水閥口的開關；

②將水管連接實驗室水龍頭，通過水管給水箱620注水，注滿水箱四分之三高度處停止注水，關閉水龍頭；

③通過拉動手拉葫蘆613，將水箱箱體621移動到初始高度；打開各進水口和出水口的閥開關，讓水流進入路基模型部分200；不斷通過手拉葫蘆613拉動水箱箱體621，實現路基模型部分200內的水位升降變化；

④試驗結束后，將水箱箱體621降到最低；待路基模型部分200的水全部流回水箱箱體621后，關閉所有閥開關，同時拆除管路；最后通過水箱瀉水口621a將水瀉下到合適位置。

6、數字圖像測量路基變形和土體位移方法

本發明中在荷載施加過程中，利用數字圖像測量路基變形和土體位移方法其基本原理如下：DIC即數字圖像相關測量技術，是一種基于視覺技術的非接觸式變形、運動位移測量手段，它通過比較分析物體變形前后的圖像中像素點變化情況，并運用相關算法得到全場位移和形變。DIC在測量變形及位移方面具有非接觸式的測量方式，測量范圍廣、精度高的優點。故可利用DIC技術在MATLAB的環境下來檢測和計算路基鈣質砂土212在交通荷載作用下的土體位移情況以及路基沉降形變。

本發明中在荷載施加過程中，DIC測量路基變形和土體位移流程如圖8所示：

①所述攝像頭s布設在觀察窗226一側，所述攝像頭s與計算機g連接，攝像頭s通過路基凹槽的觀察窗22拍攝到連續的圖像，在MATLAB的環境下，利用其工具箱里的函數對圖片進行亞像素化處理；

②在MATLAB的環境下，運用相關算法，將處理后的圖片分割成不同的像素區域塊，然后選擇一個正方形的圖像子區。

③在MATLAB的環境下，在圖像移動或變形的過程中，追蹤圖像子區在變形前后圖像中的位置，獲得像素點的的位移矢量。

④在MATLAB的環境下，經過多個子區中心點的位移矢量追蹤計算，構成整個區域的位移場分析，最后由位移和應變的關系確定應變場，得到全場形變的檢測和計算。