智能压实度理论基础

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1、智能压实控制仪设计依据理论基础压实就是增加单位体积内土壤颗粒的数量，减少孔隙率的过程。振动压路机在作业时，由于振动轮的振动使其对铺层材料作用一个往复冲击力，振动轮对铺层每冲击一次，被压实材料中就产生一个冲击波，同时，这个冲击波在被压实的材料内沿着纵深方向扩散和传播，被压实材料颗粒之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐渐进入到动摩擦状态。可见，进行振动压实时，在被压材料层中作用有内力和外力。内力包括料粒间的粘结力、摩擦力和料粒的重量；外力包括由于振动作用传递给被压材料颗粒的惯性力和上层材料的重力。材料受强迫振动后，由于各料粒的质量及所处位置不同，所产生的惯性力也不

2、同，此时，料粒问的粘结膜发生张紧的现象。若惯性力不大，不足以克服料粒间的摩擦力和粘结力，则各颗粒仍处于原始位置；如果惯性力很大，足以破坏颗粒间的摩擦力和粘结力，在这种情况下，料粒在其自重力和上层物料重力的作用下相互脱离，发生位移，力图占据最低稳定位置，排除气相和液相，互相楔紧、挤紧，达到密实。图1为轮胎驱动振动压路机的2自由度数学模型。在列出振动方程以前，首先对模型中有关参数和条件进行假设：(1)在模型中，假设土是具有一定刚度的弹性体。其刚度为k2，阻尼为c2，且为线性尼。(2)振动压路机的上下车的质量简化为具有一定质量的集中质量块。上车为m1，瞬时位移为x

3、1；下车为m2，瞬时位移为x2。(3)振动压路机工作在任何一个瞬时，振动轮都保持与地面紧密接触，Fs为振动轮对地面作用力。图1中数学模型的运动方程为：式中Me——偏心块的静偏心力矩，Me=mfr；mf——偏心力；r——偏心块的偏心矩。由此，对于多自由度振动系统，其运动方程就可用下面矩阵形式来表述：[M]{X}+[C]{X}+[K]{F}={F}(4)式中{X}——加速度列阵；{X)——速度列阵；{X}——位移列阵；{F)——激励力列阵；[M]——质量矩阵；[C]——阻尼矩阵；[K]——刚度矩阵。已知输入力{F}，在被测试系统维持一定的[M]之下，根据振动轮加

4、速度的变化就可以反映出[K]、[C]的变化情况。试验表明：土的物理状态、固结压力和应变数量级等因素对其弹性模量都有影响。计算土弹性模量的经验公式为：式中Ed——土弹性模量；e——孔隙比；σ0——平均固结压力；εd——应变。在振动压路机作业时，随着碾压遍数的增加，压实度也随之增加，压实基础的孔隙比减小，从公式(5)可看出，基础的弹性模量在增加，由刚度和模量的正比关系可得出刚度也在增加。另据文献[5]知，随着压实度的增加，基础的阻尼在逐渐减小。当基础填料比较疏松、密实度低时，可近似看作是一个松软的弹塑性体，振动轮在其上振实作业时，由于地面的弹性刚度小、阻尼较大，

5、地面对振动轮的作用力较小，系统响应值较小。在压实遍数增加过程中，填料逐渐被压实，其弹性刚度随之增加，阻尼变小，地面对振动轮的作用力变大，系统响应值逐步增大。计算机仿真表明：振动轮的动力学参数的变化与地面材料的密度变化密切相关，振动轮的垂直加速度与相互作用材料的压实度正相关。因此，选取测定加速度值来做主参数计算压实度是可行的。结论通过加速度的理论拟合曲线与实测曲线对比如下图。明确得出通过测量加速度来衡量路基压实质量是可行的。