CN115032009A - 超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置及方法，包括：模型箱；承载框架，固定安装在所述模型箱上，用于承载加载时的反作用力；试验模型，包括地基模型和桩基础模型，分别用于模拟原型地基土体、桩基础；加载装置，包括加载单元和液压源单元，所述加载单元对桩基础施加竖向循环荷载，所述液压源单元给伺服作动器提供液压力；数据采集单元，包括力传感器、激光位移计、桩身应变片和数据采集仪，用于量测并记录桩顶所受循环荷载、桩顶循环累积变形和桩身应力；控制单元，包括计算机和作动控制器，用于接收所述数据和控制所述伺服阀工作。通过该装置及方法解决了高速铁路桩基竖向循环受荷等效模拟难题。

Description

超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置及方法

技术领域

本申请涉及高速铁路地基处理技术领域，尤其涉及一种超重力试验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置及方法。

背景技术

桩基础与其他基础形式相比，具有承载力高、变形小且均匀、用料省、施工机械化程度高等特点，几乎可以适用于各种地质条件和各种类型的工程建设，因此其在各类工业与民用建筑工程中的应用非常广泛。特别是当上部结构荷载复杂而巨大，地基土层性质不佳，基础变形要求严格，抗震等级高时，桩基更成为岩土工程施工首要考虑的地基处理形式。近年来，随着国民经济的持续发展，越来越多的新型能源及高速交通工程陆续兴建，如风力发电、海上石油平台、高速铁路、高速公路等。在这些工程中，上部结构在运行期内要承担风、浪、交通等具有明显周期性的循环荷载的作用，因此桩基础除了要承担上部结构自重产生的恒载之外，还要长期承受竖向循环荷载的作用。

在这些工程中，合理评估长期循环荷载作用对于桩基承载及变形特性的影响是其设计中的一项非常重要的内容，越来越受到岩土工程设计人员的关注。特别对于高速交通、风力发电机等这些对基础不均匀沉降较敏感的构筑物，长期循环荷载下的桩顶累积变形往往是此类工程设计中最需要控制的关键参数。而目前学术界和工业界对循环下桩基的承载变形机理缺乏足够的认识，国内外现有的桩基设计方法中未对循环荷载作用的影响进行考虑，需要进一步结合有效的试验手段开展相关研究。

目前国内外已有学者利用作动器搭建了缩尺模型试验装置和现场试验装置，但因技术限制无法较好地等效模拟实际高速铁路桩基竖向循环受荷，尤其是在高速列车运行速度较高时。同时由于应力损失或现场条件限制等原因，无法对桩周土体响应开展有效的试验研究。土工离心机可以通过转臂旋转而产生与重力场等效的超重力场，使得模型在有限的尺寸下还原实际的应力应变条件。因在离心机内开展的高速铁路桩基竖向循环受荷试验需要数倍提高原型对应的加载频率，受到加载设备的影响，现有试验无法等效模拟原型加载频率，与实际的高速铁路桩基循环受荷有较大的差异。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种超重力试验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置及方法，以解决现有技术不能等效模拟高速铁路桩基竖向循环受荷问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，其特征在于，包括：

模型箱；

承载框架，固定安装在所述模型箱上，用于承载加载时的反作用力；

试验模型，包括地基模型和桩基础模型，所述地基模型布置在所述模型箱中，所述桩基础模型的底部***所述地基模型中，分别用于模拟原型地基土体、桩基础；

加载装置，包括加载单元和液压源单元，所述加载单元包括伺服阀、伺服作动器和伺服阀块，所述伺服作动器的基座端安装在所述伺服阀块上，所述伺服作动器的驱动端作用在所述桩基础模型上，所述液压源单元依次通过所述伺服阀块和所述伺服阀给所述伺服作动器提供液压力；

数据采集单元，包括力传感器、激光位移计、桩身应变片和数据采集仪，所述力传感器用于监测施加在所述桩基础模型上的竖向循环荷载大小，所述激光位移计用于监测所述桩基础模型的循环累积变形，所述桩身应变片用于采集所述桩基础模型的桩身应力，所述力传感器、激光位移计和桩身应变片均与所述数据采集仪相连；

控制单元，包括计算机和作动控制器，所述作动控制器用于控制所述伺服阀工作，所述作动控制器和数据采集仪均与所述计算机相连。

可选的，所述桩基础模型包括桩身模型和桩帽模型，所述桩身模型固定在所述桩帽模型上，所述伺服作动器的驱动端作用在所述桩帽模型上。

可选的，所述加载单元还包括球铰和反力组件，所述伺服作动器的驱动端、球铰、反力组件、力传感器和桩基础依次相连。

可选的，还包括横梁，所述横梁安装在所述承载框架上，所述伺服阀块安装在所述横梁上，并可沿所述横梁横向移动。

可选的，所述液压源单元包括油源、蓄能器，所述油源、蓄能器和伺服阀块依次连通。

可选的，还包括蓄能器底座、液压阀块和配流阀，所述蓄能器通过蓄能器底座安装在所述液压阀块上，所述配流阀安装所述液压阀块上，所述蓄能器通过所述液压阀块内部通道与所述配流阀相连通，所述液压阀块通过管路与所述伺服阀块相连通。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟方法，其特征在于，该方法在第一方面所述的超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置下实现，包括：

将模型箱吊装至离心机转臂一侧吊篮内，此时，桩基础模型压入地基模型中至第一个设定深度处；

逐渐调整伺服作动器高度使得反力组件与桩帽模型恰好且有效接触；

启动离心机，控制离心机转机达到设定离心加速度ng；

在ng条件下，使用加载装置将桩基础继续压入地基模型中至第二个设定深度，模拟原型应力条件下的压桩过程，通过激光位移计监测桩基础压入深度；

压桩结束，通过控制控制单元设定伺服作动器的加载波形、加载频率、荷载幅值和加载次数；

施加与高速铁路桩基竖向循环受荷等效的循环荷载，数据采集仪获得力传感器数值后比对输入的循环荷载，不满足输入加载波形、加载频率和荷载幅值的条件下通过控制单元自动调整，直至输出循环荷载与设定循环荷载一致；

通过激光位移计可实时反馈监测到的桩基础循环累积变形，当加载次数达到设定的最大加载次数或桩基础循环累积变形达到设定的最大位移值时停止该工况的加载，通过计算机和作动控制器设定下一工况的加载；

所有设定工况加载完成后，试验完成，离心机停机。

可选的，施加的等效循环荷载包括高速铁路路堤及上部轨道结构静载和高速列车运行产生的竖向循环荷载；施加的等效循环荷载波形与实际高速铁路桩基竖向循环受荷波形相同，为M波。

可选的，等效循环荷载频率符合超重力条件下的比尺关系，为ω_m：ω_p＝n；

式中：

ω_m为超重力条件下等效循环荷载加载频率；

ω_p为实际高速铁路桩基竖向循环受荷频率；

n为设定的离心加速度ng中的n值。

可选的，等效循环荷载大小符合超重力条件下的比尺关系，为P_m：P_p＝

式中：

P_m为超重力条件下等效循环荷载大小；

P_p为实际高速铁路桩基竖向循环受荷大小；

n为设定的离心加速度ng中的n值。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本申请利用土工离心机产生的与重力场等效的超重力场重现了深厚软土地基的地应力条件，通过伺服作动器对桩基础施加具有合理波形、频率、幅值和次数的荷载，克服了实验室内无法等效模拟高速列车运行产生的竖向循环荷载问题，真实还原了高速铁路桩基竖向循环受荷。伺服作动器的驱动端、球铰、反力组件、力传感器和桩基础依次相连，避免了桩基础承受额外的弯曲效应，保证了施加循环荷载竖直向下。可在超重力实验舱中模拟常重力下最高12Hz的竖向循环荷载，最大荷载可达2250KN，克服了现有的加载装置无法模拟较高列车运行速度下的桩基础竖向循环受荷工况，基本涵盖了我国乃至全世界现有高速铁路工程中桩基础竖向循环受荷工况。该装置及方法为合理评估长期竖向循环荷载作用对于高速铁路桩基础承载及变形特性的影响，研究循环下桩基础的承载变形机理提供了重要实验手段。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置的斜视图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置沿A-A方向的剖面示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置中加载装置的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置中油源与蓄能器连接示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置中加载单元示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置中桩基础模型示意图。

图中的附图标记有：

1、模型箱；2、承载框架；3、吊环螺栓；4、横梁；5、蓄能器；6、反力组件；7、力传感器；8、伺服阀；9、伺服阀块；10、伺服作动器；11、地基模型；12、桩身模型；13、桩帽模型；14、液压阀块；15、蓄能器底座；16、蓄能器接头；17、配流阀；18、油源；19、油路管线；20、球铰；21、激光位移计；22、计算机；23数据采集仪；24、作动器控制器；25、数据线和电源线；26、控制线和电源线；27、桩身应变片；28、桩身孔洞；29、螺纹孔；30螺纹。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。

参考图1-图6，本发明实施例提供一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，包括：模型箱1、承载框架2、吊环螺栓3、试验模型、加载装置、数据采集单元、控制单元；所述承载框架2通过所述吊环螺栓3固定安装在所述模型箱1上，用于承载加载时的反作用力；所述试验模型包括地基模型11和桩基础模型，所述地基模型布置在所述模型箱中，所述桩基础模型的底部***所述地基模型中，分别用于模拟原型地基土体、桩基础；所述加载装置包括加载单元和液压源单元，所述加载单元包括伺服阀8、伺服阀块9和伺服作动器10，所述伺服作动器10的基座端安装在所述伺服阀块9上，所述伺服作动器的驱动端作用在所述桩基础模型上，所述液压源单元依次通过所述伺服阀块9和所述伺服阀8给所述伺服作动器10提供液压力；所述数据采集单元包括力传感器7、激光位移计21、桩身应变片27和数据采集仪23，所述力传感器7用于监测施加在所述桩基础模型上的竖向循环荷载大小，所述激光位移计21用于监测所述桩基础模型的循环累积变形，所述桩身应变片27用于监测所述桩基础模型的桩身应力，所述力传感器7、激光位移计21、桩身应变片27均与所述数据采集仪23相连；控制单元包括计算机22和作动控制器24，所述作动控制器24用于控制所述伺服阀8工作，所述作动控制器24和数据采集仪23均与所述计算机22相连。

由上述实施例可知，本申请利用土工离心机产生的与重力场等效的超重力场重现了深厚软土地基的地应力条件，通过伺服作动器对桩基础施加具有合理波形、频率、幅值和次数的荷载，克服了实验室内无法等效模拟高速列车运行产生的竖向循环荷载问题，真实还原了高速铁路桩基竖向循环受荷。可在超重力实验舱中模拟常重力下最高12Hz的竖向循环荷载，最大荷载可达2250KN，克服了现有的加载装置无法模拟较高列车运行速度下的桩基础竖向循环受荷工况，基本涵盖了我国乃至全世界现有高速铁路工程中桩基础竖向循环受荷工况。

本实施例中，所述桩基础模型包括桩身模型12和桩帽模型13，所述桩身模型12固定在所述桩帽模型13上，所述伺服作动器10的驱动端作用在所述桩帽模型13上。

具体地，所述桩身模型12上端具有设定长度的螺纹30，所述桩帽模型13在设定位置开设螺纹孔29，所述桩身模型12通过但不限于螺纹30和螺纹孔29固定的方式与桩帽模型刚性连接；所述桩身模型12包括在设定位置处钻取的桩身孔洞28，桩身应变片27的导线从桩身模型12内部向上通过桩身孔洞28导出。

本实施例中，所述加载单元还包括球铰20和反力组件6，所述伺服作动器10的驱动端、球铰20、反力组件6、力传感器7和桩基础模型依次相连，球铰20的应用避免了桩基础承受额外的弯曲效应，保证了施加循环荷载竖直向下。

本实施例中，还包括横梁4，所述横梁4安装在所述承载框架2上，所述伺服阀块9安装在所述横梁4上，并可沿所述横梁4横向移动。

本实施例中，所述液压源单元包括油源18、蓄能器5，所述油源18、蓄能器5和伺服阀块9依次连通，所述蓄能器5的应用可以提高加载装置的荷载输出能力。

具体地，参考图4，所述油源18通过所述油路管线19和所述蓄能器接头16与所述蓄能器5相连。

本实施例中，还包括蓄能器底座15、液压阀块14和配流阀17，所述蓄能器5通过蓄能器底座15安装在所述液压阀块14上，所述配流阀17安装在所述液压阀块14上，所述蓄能器5通过所述液压阀块14内部通道与所述配流阀17相连通，所述液压阀块14通过管路与所述伺服阀块9相连通；蓄能器5直接与配流阀17和液压阀块14连接，可以实现稳定的压力输出，保障高频加载条件下的输出荷载稳定；所述液压阀块14的应用保障了油压及损耗的稳定。

在本实施例中，所述伺服阀8优先选择微型高频响伺服阀8，微型高频响伺服阀8在超重力实验舱中仍能满足大幅值荷载输出，且符合缩时后加载频率成倍提高的要求。

本实施例中，所述数据采集仪21通过数据线和电源线25与所述激光位移计21、力传感器7和桩身应变片27相连，实时收集试验过程中传感器数据，用于监测桩基础承受荷载大小和桩身应力，判断是否调整和修正施加的循环荷载波形、幅值、频率；激光位移计21可实时反馈监测到的桩基础循环累积变形，判断其是否达到设定的最大值，若达到最大变形值，通过作动控制器24控制加载装置停止施加竖向循环荷载。

本实施例中，所述作动控制器24分别与所述伺服作动器10和计算机22连接，用于实时控制循环荷载的施加和停止，通过计算机22在作动控制器24中输入循环荷载的波形、幅值、频率和加载次数可实现不同高速列车运行工况下桩顶竖向循环荷载的等效模拟，当桩基础承受荷载与输入循环荷载不同时作动控制器24会自动修正输入荷载波形、幅值和频率以达到输入值。

本发明实施例提供的一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置的安装过程如下：

(1)在所述模型箱1中制备地基模型11；

具体地，在本实施例中，如图2所示，在模型箱1内填筑试验要求土体，按照设定的含水条件逐层压实。填筑完成后，将模型箱1和地基模型11吊装在离心机转臂一侧吊篮内，离心机转机达到设定离心加速度ng完成地基模型11的固结，g为重力加速度。

(2)离心机停机；

(3)将桩基础模型压入固结完成后的地基模型11中至第一个设定深度处，桩身模型12和桩帽模型13刚性连接；桩身模型12和桩帽模型13按照设定超重力环境下的离心加速度ng下的缩尺要求制备；

(4)将承载框架2吊装至模型箱1上，并用吊环螺栓3固定；

(5)将加载装置安装在承载框架2上；

具体地，在本实施例中，如图1所示，将加载装置吊装至承载框架2上方，并将横梁4与承载框架2通过螺栓固定；同时，确保反力组件6位于桩帽模型13中心的正上方。

(6)将模型箱1、试验模型和加载装置吊装至离心机转臂一侧吊篮内；

(6)连接油源18和蓄能器5；

具体地，在本实施例中，如图4所示，将油源18和蓄能器接头16通过油路管线19连接，适当通过一定压力的高品质液压油，观察管线是否有渗油和漏油现象。

(7)连接作动控制器24和伺服阀8，通过控制作动控制器24输出命令调整伺服作动器10的伸缩状态，将伺服作动器10调整为最大收缩状态；

(8)连接力传感器7和激光位移计21至数据采集仪23，逐渐调整伺服作动器10使反力组件6与桩帽模型13恰好且有效地接触；

具体地，分别连接力传感器7和激光位移计21至数据采集仪23，观察传感器输出值是否与当前状态匹配，显示值是否稳定；逐渐使伺服作动器10伸长，直至力传感器7的数值刚好开始响应，并通过激光位移计21判断桩基是否开始发生变形，保证反力组件6与桩帽模型13恰好且有效地接触。

(9)启动离心机，控制离心机转机达到设定离心加速度ng；

(10)在ng条件下，使用加载装置将桩基础模型继续压入地基模型11中至第二个设定深度，模拟原型应力条件下的压桩过程，通过安装在桩帽模型13上方的激光位移计21监测桩基础模型压入深度。

本发明实施例还提供一种用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟方法，该方法在上述的用于超重力实验舱的高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置中实现，具体包括如下步骤：

(1)将模型箱1、试验模型和加载装置吊装至离心机转臂一侧吊篮内，此时，桩基础模型压入地基模型中至第一个设定深度处；

(2)通过控制作动控制器24输出命令调整伺服作动器10的伸缩状态，逐渐调整伺服作动器10高度使得反力组件6与桩帽模型13恰好且有效地接触；

(3)启动离心机，控制离心机转机达到设定离心加速度ng；

(4)在ng条件下，使用加载装置将桩基础模型继续压入地基模型11中至第二个设定深度，模拟原型应力条件下的压桩过程，通过激光位移计21监测桩基础压入深度；

(5)压桩结束，按照设定超重力环境下的离心加速度ng下的比尺关系，通过计算机22和作动控制器24设定加载装置的加载波形、加载频率、荷载幅值和加载次数，用于模拟实际高速列车不同运行工况期间高速铁路桩基竖向循环受荷；

(6)施加与高速铁路桩基竖向循环受荷等效的循环荷载，数据采集仪23获得力传感器7量测数值后比对输入的循环荷载，不满足输入加载波形、加载频率和荷载幅值的条件下通过控制单元自动调整，直至输出循环荷载与设定循环荷载一致；

(7)激光位移计21可实时反馈监测到的桩基础循环累积变形，当加载次数达到设定的最大加载次数或桩基础循环累积变形达到设定的最大位移值时停止该工况的加载，通过计算机22和作动控制器24设定下一工况的加载；

(8)所有设定工况加载完成后，试验完成，离心机停机。

本实施例中，施加的等效循环荷载波形与实际高速铁路桩基竖向循环受荷波形形同，为M波。

本实施例中，等效循环荷载频率符合超重力条件下的比尺关系，为ω_m：ω_p＝n；

式中：

ω_m为超重力条件下等效循环荷载加载频率；

ω_p为实际高速铁路桩基竖向循环受荷频率；

n为设定的离心加速度ng中的n值。

本实施例中，等效循环荷载大小符合超重力条件下的比尺关系，为P_m：

式中：

P_m为超重力条件下等效循环荷载大小；

P_p为实际高速铁路桩基竖向循环受荷大小；

n为设定的离心加速度ng中的n值。

本发明实施例利用土工离心机产生的与重力场等效的超重力场重现了深厚软土地基的地应力条件，使得桩基础模型在有限的尺寸下还原了实际的应力应变条件。通过作动控制器24设定伺服作动器的加载波形、加载频率、荷载幅值和加载次数，克服了实验室内无法等效模拟高速列车运行产生的竖向循环荷载问题，真实还原了高速铁路桩基竖向循环受荷。

综上，该装置通过作动控制器24和伺服阀8的精确控制实现了超重力实验舱中高速铁路桩基竖向循环受荷的模拟，真实再现了实际高速铁路桩基竖向循环受荷时的应力应变条件。利用超重力下的缩时效应，该装置及方法适用于研究高速铁路等工程中桩基础在路堤及上部结构等静载和高速列车运行产生的竖向循环荷载共同作用下的长期服役性能，也适用于研究大跨度时间过程中长期循环荷载对于桩基础承载及变形特性的影响，为高速铁路等对基础不均匀沉降敏感的构筑物设计提供相关技术支持。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，其特征在于，包括：

模型箱；

承载框架，固定安装在所述模型箱上，用于承载加载时的反作用力；

试验模型，包括地基模型和桩基础模型，所述地基模型布置在所述模型箱中，所述桩基础模型的底部***所述地基模型中，分别用于模拟原型地基土体、桩基础；

加载装置，包括加载单元和液压源单元，所述加载单元包括伺服阀、伺服作动器和伺服阀块，所述伺服作动器的基座端安装在所述伺服阀块上，所述伺服作动器的驱动端作用在所述桩基础模型上，所述液压源单元依次通过所述伺服阀块和所述伺服阀给所述伺服作动器提供液压力；

数据采集单元，包括力传感器、激光位移计、桩身应变片和数据采集仪，所述力传感器用于监测施加在所述桩基础模型上的竖向循环荷载大小，所述激光位移计用于监测所述桩基础模型的循环累积变形，所述桩身应变片用于采集所述桩基础模型的桩身应力，所述力传感器、激光位移计和桩身应变片均与所述数据采集仪相连；

控制单元，包括计算机和作动控制器，所述作动控制器用于控制所述伺服阀工作，所述作动控制器和数据采集仪均与所述计算机相连。

2.根据权利要求1所述的超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，其特征在于，所述桩基础模型包括桩身模型和桩帽模型，所述桩身模型固定在所述桩帽模型上，所述伺服作动器的驱动端作用在所述桩帽模型上。

3.根据权利要求2所述的超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，其特征在于，所述加载单元还包括球铰和反力组件，所述伺服作动器的驱动端、球铰、反力组件、力传感器和桩基础依次相连。

4.根据权利要求1所述的超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，其特征在于，还包括横梁，所述横梁安装在所述承载框架上，所述伺服阀块安装在所述横梁上，并可沿所述横梁横向移动。

5.根据权利要求1所述的超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，其特征在于，所述液压源单元包括油源、蓄能器，所述油源、蓄能器和伺服阀块依次连通。

6.根据权利要求5所述的超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置，其特征在于，还包括蓄能器底座、液压阀块和配流阀，所述蓄能器通过蓄能器底座安装在所述液压阀块上，所述配流阀安装所述液压阀块上，所述蓄能器通过所述液压阀块内部通道与所述配流阀相连通，所述液压阀块通过管路与所述伺服阀块相连通。

7.一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟方法，其特征在于，该方法在权利要求3所述的超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟装置下实现，包括：

将模型箱吊装至离心机转臂一侧吊篮内，此时，桩基础模型压入地基模型中至第一个设定深度处；

逐渐调整伺服作动器高度使得反力组件与桩帽模型恰好且有效接触；

启动离心机，控制离心机转机达到设定离心加速度ng；

在ng条件下，使用加载装置将桩基础继续压入地基模型中至第二个设定深度，模拟原型应力条件下的压桩过程，通过激光位移计监测桩基础压入深度；

压桩结束，通过控制控制单元设定伺服作动器的加载波形、加载频率、荷载幅值和加载次数；

施加与高速铁路桩基竖向循环受荷等效的循环荷载，数据采集仪获得力传感器数值后比对输入的循环荷载，不满足输入加载波形、加载频率和荷载幅值的条件下通过控制单元自动调整，直至输出循环荷载与设定循环荷载一致；

通过激光位移计可实时反馈监测到的桩基础循环累积变形，当加载次数达到设定的最大加载次数或桩基础循环累积变形达到设定的最大位移值时停止该工况的加载，通过计算机和作动控制器设定下一工况的加载；

所有设定工况加载完成后，试验完成，离心机停机。

8.根据权利要求6所述的一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟方法，其特征在于，施加的等效循环荷载包括高速铁路路堤及上部轨道结构静载和高速列车运行产生的竖向循环荷载；施加的等效循环荷载波形与实际高速铁路桩基竖向循环受荷波形相同，为M波。

9.根据权利要求6所述的一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟方法，其特征在于，等效循环荷载频率符合超重力条件下的比尺关系，为ω_m：ω_p＝n；

式中：

ω_m为超重力条件下等效循环荷载加载频率；

ω_p为实际高速铁路桩基竖向循环受荷频率；

n为设定的离心加速度ng中的n值。

10.根据权利要求6所述的一种超重力实验舱高速铁路桩基竖向循环受荷模拟方法，其特征在于，等效循环荷载大小符合超重力条件下的比尺关系，为P_m：

式中：

P_m为超重力条件下等效循环荷载大小；

P_p为实际高速铁路桩基竖向循环受荷大小；

n为设定的离心加速度ng中的n值。

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