一种对轨道路基内部变形和细颗粒流失监测装置

技术领域

本发明涉及监测设备技术领域，特别是涉及一种对轨道路基内部变形和细颗粒流失监测装置。

背景技术

近年来，随着轨道交通的快速发展，列车行驶速度和轴重都在不断的增加，这极大的增加了铁路路基的负担，从而致使铁路路基产生超过预期的变形量，不仅影响着列车在运营期间的正常行驶，也增加了后期路基加固维修成本。同时，随着雨水渗流，路基中细颗粒被冲刷，极大的影响了路基在轨道交通荷载下的稳定性。因此，对铁路路基的内部变形和内部细颗粒的流失率展开及时监测，在其产生一定量的变形时就进行加固，可有效减少后期投资成本。而现如今的监测手段主要为路基表面沉降监测，对路基内部变形监测手段较少，且现有监测手段存在一定的滞后性，均是对路基长期累积变形的监测，而对于列车行驶期间其下方路基内填土变形监测，以及路基内应力传递监测手段较少；另一方面来看，现在的路基变形监测多为现场监测，且多为不同时间点的监测，很难做到连续监测，因此，难以监测路基内部变形突然增大的这种情况，这将给列车的安全行驶带来极大的安全隐患。而对于路基内部细颗粒流失率的监测手段几乎没有，这给列车的安全行驶带来了极大的隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种对轨道路基内部变形和细颗粒流失监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，可以实现远程情况下对轨道交通荷载下铁路路基内的变形和细颗粒流失实时连续监测，经济方便，实用价值较高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种对轨道路基内部变形和细颗粒流失监测装置，包括设置于路基道砟层内的内部损伤监测装置，所述内部损伤监测装置通过导线连接有电阻采集仪，所述电阻采集仪无线连接有电阻信号接收仪。

可选的，所述内部损伤监测装置包括上下对称设置的两个加载板，两个所述加载板之间连接有土工膜袋，所述土工模袋内设置有监测装置，所述监测装置包括依次叠加设置的多个智能导电粗颗粒，相邻两个所述智能导电粗颗粒的缝隙处填充有细砂；所述监测装置上设置有多个测点，所述测点位置处设置有导电胶带，所述导电胶带与位于测点处的所述智能导电粗颗粒连接，且所述导电胶带通过导线与所述电阻采集仪连接。

可选的，所述智能导电粗颗粒为球形结构，包括碎石，所述碎石外包覆有导电混合体，所述导电混合体包括熔融混合的橡胶、高密度聚乙烯、炭黑和石墨烯。

可选的，所述导电混合体内橡胶、高密度聚乙烯、炭黑和石墨烯成分质量比为：20％：20％：50％：10％。

可选的，所述监测装置上从低到高共布置有七层所述导电胶带，自下而上第一层和第六层相邻两个所述导电胶带的间距分别为20cm，第六层和第七层导电胶带之间的间距为25cm。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明智能导电粗颗粒不仅减小了列车荷载下的颗粒间的磨损，也起到了隔振减振的作用。智能导电粗颗粒间形成了导电网络，可对铁路路基内部变形量进行监测，解决了现如今路基内部变形监测手段较为匮乏的问题。智能导电粗颗粒可以对雨水渗流下路基内部细颗粒流失进行有效监测，弥补了现价段对于路基内细颗粒流失监测手段的不足。合理的结合了智能导电颗粒、电阻采集仪和电阻信号接收仪，实现了对轨道交通荷载下铁路路基内部变形量的实时监测，解决了列车行驶时路基内部变形量和应力传递难以监测的问题。无需人工现场布设传感器，减少了后期监测成本，经济方便，实用价值高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构布置示意图；

图2为本发明内部损伤监测装置结构示意图；

图3为本发明内部损伤监测装置不同位置处应变-电阻关系曲线；

图4为本发明智能导电粗颗粒结构示意图；

图5为本发明智能导电粗颗粒制作模具示意图；

图6为本发明智能导电粗颗粒在模具内的布置示意图；

其中，1为内部损伤监测装置、101为土工膜袋、102为智能导电粗颗粒、1021为碎石、1022为导电混合体、103为导电胶带、104为砂、105为加载板、2为导线、3为电阻采集仪、4为电阻信号接受仪、5为路基、6为道砟层、7为枕木、8为轨道、9为列车、10为钢制长条、11为模具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种对轨道路基内部变形和细颗粒流失监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，可以实现远程情况下对轨道交通荷载下铁路路基内的变形和细颗粒流失实时连续监测，经济方便，实用价值较高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种对轨道路基内部变形和细颗粒流失监测装置，原理为：在铁路路基内部放置新型内部损伤监测装置，在轨道交通荷载下，路基不可避免的会产生一定变形，内部损伤监测装置也会随之产生相应的变形，内部损伤仪由新型智能导电粗颗粒构成，与路基本体材料一致，并未改变路基原有结构以及路基整体力学性能，同时也兼具着隔振减振和导电特性。通过对内部损伤监测装置不同位置处的电阻进行实时监测，从而来反映铁路路基内部实时变形情况。另一方面，道砟中细颗粒极易随着雨水的渗流被冲刷出路基内部，这改变了路基的填料级配，对其在轨道交通荷载下长期稳定性将产生不利影响，而内部损伤监测装置可通过电阻的变化，有效监测路基内部细颗粒流失率。整套监测系统不仅可以对轨道交通荷载下路基内部变形实现实时监测，同时也可以对路基在雨水渗流下内部细颗粒流失率进行有效监测，经济方便，实用价值较高。

具体的，本发明提供的对轨道路基内部变形和细颗粒流失监测装置，如图1所示。整套监测系统主要由内部损伤监测装置1、导线2、电阻采集仪3和电阻信号接收仪4四个部分组成。内部损伤监测装置1安放于路基5的道砟层6内，道砟层6上方为枕木7和轨道8，列车9运行于轨道8上。通过导线1与外部的电阻采集仪3相连，电阻采集仪3把接收的电阻信号传递给电阻信号接收仪4，通过对内部损伤监测装置1不同位置处的电阻信号进行二次分析与处理，从而实现对铁路的路基5内部变形的实时连续远程监测。

图2给出了内部损伤监测装置1的具体结构图，从图中可以看出，其主要包括两个加载板105，和位于两个加载板105之间的土工膜袋101、智能导电粗颗粒102、导电胶带103和砂104。导电胶带103通过导线2与外部的电阻采集仪3相连，从而实现对轨道交通荷载下内部监测装置不同位置间电阻变化情况监测。监测装置从低到高共布置七个测点，每个测点处设置有一层导电胶带103，测点A1-A6导电胶带103的间距分别为20cm，测点A6-A7之间导电胶带103的间距为25cm。在安放内部损伤监测装置1之前，需对内部损伤监测装置1进行标定，标定采用单轴压缩试验完成，具体标定步骤如下：

(1)将内部损伤监测装置1放置在单轴压缩仪上，并固定好。

(2)试验采用应变控制，对内部损伤监测装置1展开单轴压缩试验，单次加载共考虑五组不同应变值，分别为：1％、2％、3％、4％和5％，每组应变下加载时间均为5分钟，待内部损伤监测装置电阻值稳定后通过电阻采集仪进行电阻的量测与记录。

(3)绘制不同应变值下内部损伤监测装置不同位置处应变-电阻关系曲线，建立应变-电阻之间的关系模型，如图3所示。随着应变的增大，内部损伤监测装置1中智能导电粗颗粒102破损加剧，整体导电网络被破坏，内部损伤监测装置电阻值逐渐增大，且内部损伤监测装置上部电阻值显著大于下端电阻，表明路基上部应变更大，与实际情况相符，证明了该种通过智能粗颗粒间电阻值来监测路基在轨道交通荷载下的变形量是可行的。

图4给出了本发明研发的智能导电粗颗粒102的结构示意图，从图中可以看出，该种智能导电粗颗粒102主要包括普通的碎石1021和导电混合体1022；导电混合体1022包括熔融混合的橡胶、高密度聚乙烯、炭黑和石墨烯，其中导电混合体1022中橡胶、高密度聚乙烯、炭黑和石墨烯成分质量比为：20％：20％：50％：10％。该种混合体既具有一定的弹性可减少粗颗粒之间的磨损，又因炭黑和石墨烯的存在具有良好的导电性，通过颗粒与颗粒之间的接触从而在监测装置的内部形成了整体的导电网络，当颗粒之间因变形出现破损时，导电网络逐渐被破坏，智能粗颗粒之间的电阻值逐步增大，该种特性决定了其适用于铁路路基内部的变形监测。当路基内部细颗粒随雨水渗流而被带出路基内部时，智能粗颗粒之间的接触面积逐渐增大，将使整体导电网络得电阻值逐步减小，该种特性决定了其适用于路基内部细颗粒流失率的监测。该种智能导电粗颗粒的具体制作步骤如下：

(1)按照设计质量配比，称取相应质量的橡胶、高密度聚乙烯、炭黑和石墨烯。

(2)将四种材料分批放入圆桶中，进行人工搅拌，待初步搅拌均匀后倒置于搅拌机中，搅拌30分钟，待混合物充分混合均匀后，放入加热炉中加热，直至加热成为浆体。

(3)将普通碎石放入直径为8cm的球体模型中，并通过在球体模具上预留的孔进行注浆，所注浆体为第(2)步中加热生产出的浆体，最后冷却成型。

为了保证智能导电粗颗粒的良好的导电性能，需将碎石放置于智能颗粒中间，使其完全被导电材料包裹，为此设计了具体的制作模具，如图5所示。模具11由两个半球体组成，球体为空心，厚度为5mm，每个半球体上均开有4个孔洞，孔洞的具体布置形式如图5所示。将钢制长条穿过在半球上的孔洞，以此来固定模具中的碎石1021，使其位于模具的中心，且完全被导电混合体1022包裹，从而保证其良好的导电性能。在插入长条前在其上涂抹一层凡士林，以便在注浆冷凝完成后可以拔出钢制长条10，碎石1021在模具11中的具体的布置示意图，如图6所示。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。