高速公路室内模型沉降监测系统及监测方法

技术领域

本申请涉及沉降模拟试验技术的领域，尤其是涉及一种高速公路室内模型沉降监测系统及监测方法。

背景技术

目前，近年来，随着我国高速公路建设的不断推进，路基沉降及施工控制技术的应用也得到了广泛关注。路基沉降是指建造高速公路时，由于地基不稳定、荷载过大等原因导致路面下陷的现象，严重影响着道路的安全与运营。因此，如何控制路基沉降，保证高速公路的安全运营成为了一个重要的问题。

针对上述中的相关技术，发明人认为，针对高速公路的安全运营，提前进行模型沉降试验是十分有必要的。但目前市面上均没有针对高速公路模型沉降有效地监测模拟方式，因此亟待需要一种能提前针对高速公路进行沉降模拟的监测系统。

发明内容

为了改善控制高速公路路基沉降难的问题，本申请提供了一种高速公路室内模型沉降监测系统及监测方法。

本申请提供的一种高速公路室内模型沉降监测系统采用如下的技术方案：

一种高速公路室内模型沉降监测系统，包括：

模拟架；

盒体，安装在模拟架上，且所述盒体内铺设有泥沙层；

公路板，安装在泥沙层上，所述公路板用于模拟高速公路路面，所述泥沙层从远离公路板到靠近公路板的厚度逐渐增大；

刨沙装置，安装在盒体的侧壁上，且用于将公路板下方的泥沙层往远离公路板的方向刨开；

压迫装置，安装在盒体上位于公路板的上方，且用于对公路板施加竖直向下的压力；

摄像头，安装在盒体的端壁上，且所述摄像头朝向公路板。

优选的，所述刨沙装置包括：

水平移动机构，安装在所述盒体侧外侧壁上；

升降机构，安装在水平移动机构上，且所述水平移动机构用于带动升降机构在盒体的长度方向上进行位移；

插入拨推机构，安装在升降机构上；所述升降机构用于驱动插入拨推机构在竖直方向上进行升降；所述插入拨推机构用于在竖直插入到泥沙层内后自动将部分泥沙往远离公路板的方向推动。

优选的，所述水平移动机构包括：

滑移板，所述滑移板的板端设有滑块，所述盒体的外侧壁上且沿着盒体的长度方向开设有与滑块滑动配合的滑槽，且所述升降机构安装在滑移板上；

支板，竖直安装在滑移板的下方；

转动电机，安装在支板上；

齿轮，同轴线安装在转动电机的输出轴上；

齿条，沿着盒体的长度方向安装在盒体的外壁上，且所述齿轮与齿条相啮合。

优选的，所述滑块与滑槽的截面形状均为T形。

优选的，所述升降机构包括：

气缸，安装在滑移板上，且所述气缸的活塞杆竖直向上延伸；

横向延伸板，水平安装在气缸的活塞杆端部，且所述横向延伸板往盒体内延伸，所述插入拨推机构安装在横向延伸板上。

优选的，所述插入拨推机构包括：

竖板，竖直安装在横向延伸板的下方，且竖板的内部中空设置；

伸缩插板，竖直滑动设置在竖板内，且所述伸缩插板从上往下的厚度逐步减小，所述伸缩插板远离竖板的一端为尖端设置；

分隔板，安装在竖板内，所述分隔板将竖板的内部分为两个独立空间，所述伸缩插板滑动设置在下方的独立空间内；

拉簧，安装在分隔板与伸缩插板之间，且始终具有将伸缩插板往下推动的趋势；

推沙板，安装在竖板背离公路板的板面上；

推动组件，安装在分隔板上方的独立空间内，用于驱动推沙板在水平方向上移动；在所述竖板竖直下移并让伸缩插板完全处于竖板内时，所述推动组件自动将推沙板往远离竖板的水平方向推离。

优选的，所述推动组件包括：

复位电缸，安装在分隔板上方的独立空间内，所述竖板的侧壁上开设有孔，所述复位电缸的活塞杆水平穿过孔后与推沙板连接；

第一导电板，安装在分隔板的下板面上，且所述第一导电板与复位电缸电连接；

蓄电池，安装在分隔板上方的独立空间内；

第二导电板，安装在伸缩插板的顶部，且与所述第一导电板在竖直方向上正对，且所述第二导电板与蓄电池之间通过拉簧导线电连接。

在所述伸缩插板完全处于竖板内时，所述第一导电板与第二导电板相贴合。

优选的，所述横向延伸板上设置有支架，所述插入拨推机构在支架上间隔设置有多个。

优选的，所述压迫装置包括：

机架，安装在盒体上且位于公路板的上方；

卷扬机，安装在机架上；

重压块，吊设在卷扬机的卷绳上且位于公路板的正上方。

本申请提供的一种高速公路室内模型沉降监测方法采用如下的技术方案：

步骤一：打开摄像头，将摄像头的镜头对准公路板；

步骤二：启动刨沙装置，对公路板下方两侧的泥沙层进行抛挖，使得泥沙层在公路板下方的位置逐渐松散；

步骤三：启动压迫装置，模拟高速公路上车运行通过时产生的重量；

步骤四：通过摄像头观测公路板沉降的时间并记录。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1. 模拟高速公路路基沉降时，先启动气缸，使得气缸的活塞杆从上而下缩短，进而带动横向延伸板竖直下移，竖板端部的伸缩插板也会插入到泥沙层内最后抵触到盒体的内底壁；抵触后随着竖板的继续下移，伸缩插板会被挤入到竖板内部，直至伸缩插板被完全挤入到竖板内部；这时竖板的端部也会抵触到盒体的内底壁，随即第一导电板与第二导电板贴合通电，让复位电缸启动，从而复位电缸伸出活塞杆推动推沙板，让推沙板向远离公路板侧水平移动，从而将公路板下端两侧的泥沙层的部分泥沙被推走，从而实现对于高速公路下方的路基沉降的模拟；而且随着转动电机的转动，可以带动整个气缸在盒体的长度方向移动，调整插入拨推机构的位置，实现对于高速公路不同位置的路基沉降模拟；

2. 启动卷扬机，通过卷绳下放而将重压块压在公路板表面，从而模拟高速公路上行车驶过时对于当前位置的压迫，再结合高速公路路基沉降的模拟，能充分地还原目标路段的沉降模拟。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图；

图2是本申请实施例的正视剖视图；

图3是图2中的A部放大图。

图中，1、模拟架；2、盒体；21、滑槽；3、公路板；4、刨沙装置；41、水平移动机构；411、滑移板；4111、滑块；412、支板；413、转动电机；414、齿轮；415、齿条；42、升降机构；421、气缸；422、横向延伸板；43、插入拨推机构；431、竖板；432、伸缩插板；433、分隔板；434、拉簧；435、推沙板；436、推动组件；4361、复位电缸；4362、第一导电板；4363、第二导电板；4364、蓄电池；5、压迫装置；51、机架；52、卷扬机；53、重压块；6、摄像头；7、支架；8、泥沙层。

具体实施方式

以下结合附图1-附图3，对本申请作进一步详细说明。

一种高速公路室内模型沉降监测系统，参照图1、2，包括模拟架1以及盒体2，模拟架1安装在地面上，盒体2则安装在模拟架1上，盒体2为内部中空上端开口，且盒体2的形状为长条形；在盒体2内铺设有泥沙层8，泥沙层8是泥土和沙子的混合体，而在泥沙层8的顶部放置有公路板3，公路板3实质上模拟的是高速公路的路面，并且公路板3由多块板体拼接而成，这样能更加贴合实际高速公路沉降时局部断开的效果；位于公路板3下方的泥沙层8厚度最厚，而离公路板3越远的地方泥沙层8的厚度越薄，即泥沙层8从远离公路板3到靠近公路板3的厚度逐渐增大。在盒体2的侧壁上设置有刨沙装置4，本实施例中，刨沙装置4在公路板3两侧的盒体2侧壁上分别设置有一个，刨沙装置4用于将公路板3下方的泥沙层8往远离公路板3的方向刨开，这样可以实现对于高速公路路基沉降的模拟；在盒体2上位于公路板3的上方还安装有压迫装置5，压迫装置5用于对公路板3施加竖直向下的压力从而模拟高速公路上行车的重力；最后在盒体2的端壁上安装有摄像头6，摄像头6朝向公路板3，用于实时监测在模拟沉降过程中公路板3的状态变化。

通过启动刨沙装置4，将公路板3下端两侧的泥沙逐渐往远离公路板3的方向拨动，会使得公路板3下方的泥沙层8逐渐不稳固，从而达到模拟高速公路路基沉降的效果，再加上压迫装置5对于公路板3在竖直方向上施加压力，也达到对于模拟行车在通过高速公路时对高速公路路面进行压迫的效果，最后通过摄像头6实施观测在模拟沉降过程中公路板3的状态变化，达到整个在室内对高速公路沉降进行监测模拟的效果，进而使得工作人员能较快得到高速公路路基沉降的各项数据；通过本申请的设置，能在前期就提前对高速公路的路基沉降进行全方面的模拟从而方便提出改进方案，达到改善控制高速公路路基沉降难的问题的效果。

结合图2、3，刨沙装置4包括水平移动机构41、升降机构42以及插入拨推机构43；水平移动机构41安装在盒体2的外侧壁上，而升降机构42安装在水平移动机构41上，且水平移动机构41用于带动升降机构42在盒体2的长度方向进行位移；插入拨推机构43安装在升降机构42上，升降机构42用于驱动插入拨推机构43在竖直方向上进行位移；插入拨推机构43用于在竖直插入到泥沙层8内后自动将部分泥沙往远离公路板3的方向推动。

即通过水平移动机构41，可以驱动升降机构42连同插入拨推机构43在盒体2的长度方向上实现位移，从而调整升降机构42以及插入拨推机构43在盒体2上的位置；调整到合适位置后，再启动升降机构42，让升降机构42带动插入拨推机构43从上而下插入到泥沙层8中，接着插入拨推机构43再将部分泥沙往远离公路板3的方向推动，使得公路板3下方两侧的泥沙层8逐渐松散，实现对于高速公路路基沉降的模拟。

参照图2、3，水平移动机构41包括滑移板411、支板412、转动电机413、齿轮414以及齿条415；滑移板411沿着盒体2的长度方向滑动设置在盒体2的外侧壁上，即滑移板411的板端上设有滑块4111，在本实施例中，滑块4111的截面形状为T形；而在盒体2的外侧壁上且沿着盒体2的长度方向开设有滑槽21，滑槽21的截面形状也为与滑块4111相配的T形，通过滑块4111与滑槽21的设置，则可以实现让滑移板411稳定地在盒体2的长度方向上移动的效果；升降机构42则安装在滑移板411上；支板412竖直安装在滑移板411的下方，而转动电机413则安装在支板412上，转动电机413的输出轴水平延伸，齿轮414同轴线安装在转动电机413的输出轴上，齿条415安装在盒体2外侧壁且位于支板412的下方，齿条415的长度方向与盒体2的长度方向一致，并且齿条415与齿轮414相啮合。

启动转动电机413，使得转动电机413上的齿轮414开始转动，由于齿轮414与齿条415相啮合，因此在齿轮414转动后，齿轮414会沿着齿条415的长度方向移动，从而带动滑移板411在盒体2的长度方向移动，最终也带动升降机构42沿着盒体2的长度方向移动，达到对升降机构42在盒体2上的位置调节较为方便的效果。

如图2、3所示，升降机构42包括气缸421以及横向延伸板422；气缸421安装在滑移板411上，且气缸421的活塞杆竖直向上延伸；而横向延伸板422则水平安装在气缸421的活塞杆端部，横向延伸板422水平往盒体2的开口上方延伸，插入拨推机构43安装在横向延伸板422上位于盒体2开口上方的位置。即启动气缸421，让气缸421活塞杆伸长或缩短，可以对应让横向延伸板422上升或者下降，也对应让处于横向延伸板422上的插入拨推机构43实现插入或者脱离泥沙层8。

结合图2、3，插入推拨机构机构包括竖板431、伸缩插板432、分隔板433、拉簧434、推沙板435以及推动组件436；竖板431竖直安装在横向延伸板422的下方，且竖板431的内部中空且下端开口设置；分隔板433安装在竖板431内，分隔板433将竖板431的内部分为两个独立空间；伸缩插板432滑动设置在下方的独立空间内，且伸缩插板432从上往下的厚度逐步减小，伸缩插板432远离竖板431的一端为尖端设置；伸缩插板432的顶部则与独立空间内的大小相适配，即伸缩插板432由防脱块以及倾斜插块组成，防脱块的大小与独立空间内的大小相适配，在竖板431位于下方的独立空间的下端开口边缘设有防脱凸缘，防脱凸缘用于阻止防脱块从独立空间内脱出，倾斜插块安装在防脱块的下方，且倾斜插块可以从独立空间内自由脱出。拉簧434安装在分隔板433与伸缩插板432之间，且拉簧434始终具有将伸缩插板432往下推动的趋势；推沙板435安装在竖板431背离公路板3的板面上，推沙板435的长度与竖板431的长度一致；推动组件436安装在分隔板433上方的独立空间内，推动组件436用于驱动推沙板435在水平方向上移动；在竖板431竖直下移并让伸缩插板432完全处于竖板431内时，推动组件436自动将推沙板435往远离竖板431的水平方向推离。

如图2、3所示，推动组件436包括复位电缸4361、第一导电板4362、蓄电池4364以及第二导电板4363；复位电缸4361安装在分隔板433上方的独立空间内，竖板431的侧壁上开设有孔，复位电缸4361的活塞杆水平穿过孔后与推沙板435连接；第一导电板4362安装在分隔板433的下板面上，且第一导电板4362通过弹簧导线与复位电缸4361电连接；蓄电池4364则安装在分隔板433上方的独立空间内，第二导电板4363安装在伸缩插板432的顶部，且与第一导电板4362在竖直方向上正对，且第二导电板4363与蓄电池4364之间通过弹簧导线电连接。并且在伸缩插板432完全处于竖板431内时，第一导电板4362与第二导电板4363相贴合。

当气缸421的活塞杆缩短时，横向延伸板422带动竖板431竖直下移，伸缩插板432的尖端会预先插入到泥沙层8内，最终会使得伸缩插板432的尖端会抵触在盒体2的内底壁上；然后随着气缸421活塞杆的继续缩短，伸缩插板432会被抵触着缩回到竖板431的独立空间内，直到让竖板431的底部抵触在盒体2的内底壁上，这时第一导电板4362与第二导电板4363相贴合，会使得蓄电池4364与复位电缸4361实现通电，复位电缸4361在通电后将活塞杆伸长，随即把推沙板435水平往远离竖板431的方向推出，这时处于推沙板435正对位置的泥沙则会被推走；接着再启动气缸421，让气缸421的活塞杆伸长，竖板431逐渐上移，伸缩插板432在拉簧434的弹力作用下以及自身的重力作用下又会重新从独立空间内脱出，使得第一导电板4362与第二导电板4363脱离，复位电缸4361则会立即断电，断电状态的复位电缸4361的活塞杆会自动收缩到原始状态，即让推沙板435复位到重新贴合在竖板431外侧壁的状态。即只要将竖板431下移贴合到盒体2的内底壁上，就可以让推沙板435自动实现一次推动泥沙，实现对泥沙层8坍塌的自动模拟。

如图1所示，横向延伸板422上设置有支架7，插入推拨机构在支架7上间隔设置有多个；这样设置可以一次性推更多的泥沙，并且相邻之间的插入推拨机构有间隙也可以让部分泥沙流出，尽量避免一大堆泥沙被同时推走，能达到对泥沙推动时的流量控制。

结合图1、2，压迫装置5包括机架51、卷扬机52以及重压块53；机架51安装在盒体2上且位于公路板3的上方；卷扬机52安装在机架51上；重压块53吊设在卷扬机52的卷绳上且位于公路板3的正上方。通过卷绳下放而将重压块53压在公路板3表面，从而模拟高速公路上行车驶过时对于当前位置的压迫，再结合高速公路路基沉降的模拟，能充分地还原目标路段的沉降模拟。在本实施例中，在机架51上设有滑轨，滑轨的长度方向与盒体的长度方向一致，卷扬机52上设置滑移块，卷扬机52通过滑移块与滑轨滑动配合，这时卷扬机52便可以随意调节在公路板3上方的位置。

本实施还公开了一种高速公路室内模型沉降监测方法，包括以下步骤:

步骤一：打开摄像头6，将摄像头6的镜头对准公路板3；

步骤二：启动刨沙装置4，对公路板3下方两侧的泥沙层8进行抛挖，使得泥沙层8在公路板3下方的位置逐渐松散；

步骤三：启动压迫装置5，模拟高速公路上车运行通过时产生的重量；

步骤四：通过摄像头6观测公路板3沉降的时间并记录。

本申请实施例的实施原理为：模拟高速公路路基沉降时，先启动气缸421，使得气缸421的活塞杆从上而下缩短，进而带动横向延伸板422竖直下移，竖板431端部的伸缩插板432也会插入到泥沙层8内最后抵触到盒体2的内底壁；抵触后随着竖板431的继续下移，伸缩插板432会被挤入到竖板431内部，直至伸缩插板432被完全挤入到竖板431内部；这时竖板431的端部也会抵触到盒体2的内底壁，随即第一导电板4362与第二导电板4363贴合通电，让复位电缸4361启动，从而复位电缸4361伸出活塞杆推动推沙板435，让推沙板435向远离公路板3侧水平移动，从而将公路板3下端两侧的泥沙层8的部分泥沙被推走，从而实现对于高速公路下方的路基沉降的模拟；而且随着转动电机413的转动，可以带动整个气缸421在盒体2的长度方向移动，调整插入拨推机构43的位置，实现对于高速公路不同位置的路基沉降模拟，最后再将重压块53下放压迫在公路板3上，通过摄像头6记录数据。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。