路基土壤固有频率与密实度关系的测试分析.pdf

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1、第28卷2012正第14期7月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28NO．14Jul．20127I路基土壤固有频率与密实度关系的测试分析李军1一，周志立2，李言1(1．西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安710003；2．河南科技大学车辆工程学院，洛阳4710033．洛阳理工学院机械工程系，洛阳471003)摘要：明确路基土壤固有频率与土壤密实度的关系是准确建立振动压路机振动轮振动信号与被压实材料压实度关系

2、的基础，也是通过在线检测振动轮加速度、实时了解路面的压实状况、进一步有效调整振动压路机振动参数的必要条件。该文针对特定路基士壤，自制螺旋压实机构压制路基土壤测柱试样，依照模态分析法，采用INV306DF便携式智能信号采集处理分析系统进行了不同压实度圆柱试样的固有频率测试，获得了路基土壤固有频率与土壤密实度的函数关系表达式。研究结果可为完善振动压路机智能化控制系统设计提供依据。关键词：土壤，密实度，振动，固有频率，模态分析doi：10．3969，j．issn．1002—6819．2012．14．012中图分类号

3、：TU66文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)一14一007卜06李军，周志立，李言．路基土壤固有频率与密实度关系的测试分析[J】．农业工程学报．2012，28(14)：71--76．LiJun，ZhouZhili，LiYah．TestanalysisofrelationshipbetweennaturalfrequencyandcompactiondegreeforroadbedsoilⅢ．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngin

4、eering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(14)：71--76．(inChinesewithEnglishabstract)0引言路基土壤压实的目的在于减少土壤的问隙，增加土壤的密实度．提高路基的抗压强度和稳定性，使其达到规定的承载能力。有效的压实能显著地提高土壤的抗渗透能力和气候稳定性，在多数情况下，可以大大降低由于土壤固结而引起的沉降。凶此压实施工已经作为一种最基础的施工方法被广泛应用于公路施工、机场建设、水利和建筑施工中。振动压实是利用机械自重和激振器所产生的激振力，迫

5、使被压实材料作强迫振动，急剧减小土壤颗粒间的内摩擦力，使颗粒靠近，密实度增加，从而达到压实的目的。机械振动在土壤压实中的应用，使得压实理论和压实机械产生了划时代的进步【l】。1933年，德国人赫德维希(A．Hertwig)在大量试验的基础上，提出了共振学说。他认为，振动轮的激振频率在被压实土壤的固有频率范围内时，土壤共振区内颗粒位移最大，它们之间的内摩擦会大大减小，容易达到密实状态，压实效果最好【2～l。人们通过长期的理论和试验研究发现，在振动压路机作业时，振动轮的振动加速度与地面被压实材料的压实状态有着密切

6、关系I叫”。随着现代微电子、自动控制、电子信息和计算机等高新技术的迅速发展，智能化振动压路机成为新的发展趋势。智能化振动压路机是采用计算机、精密传感、电收稿日期：201I-10．15修订日期：20124)4-31基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075124)作者简介：李军(1963--)，男．河南南阳人，洛阳理工学院副教授．博士研究生。洛阳洛阳理工学院机械工程系，471003·Emil,"milⅨliyi@163．∞m液控制、卫星通信和遥感控制等技术，将自适应和自学习技术引进到压实控制中，根据被压实材

7、料压实度的变化情况来不断调整机体自身的各项工作参数振频、振幅和行走速度等，以适应被压实材料下一步压实的需要，使压实作业始终在最佳工作状况下进行[12-15I。根据土壤压实理论，振动轮的激振频率在被压实土壤的固有频率范围内时压实效果最好。因此，了解被压实路基土壤的固有频率范围，分析土壤固有频率与土壤密实度的定量关系，是实现振动压路机智能控制的关键。在已有文献中关于土壤同有频率测试方法很少提及，仅有朱建新提出基于LS．SVM(1eastsquaressupportvectormachine，最小二乘支持向量机)的

8、液压挖掘机振动掘削过程土壤参数在线辨识算法，实现了土壤固有频率等参数的在线辨识，进行了土壤固有频率参数测定的共振拟合试验和共振柱试验法试验验证【16I。该文中2种测试土壤固有频率的试验方法，均是基于共振理论。共振拟合试验是以不同激振频率的试验结果拟合出共振频率，来测算出土壤同育频率；共振柱试验法是对土壤圆柱试样用扫频激振的方法得到十壤固有频率。本文根据共振理论，制作路基土壤圆柱试样，测试土壤试样固有