路基土层振动压实微观机理研究文献综述

 2022-10-17 11:32:14

  1. 文献综述(或调研报告):

在道路工程中,压实是工程质量控制的重要环节。良好的压实质量能够保证路基路面各层的密实度,一方面能够保证各层的强度和变形,使得道路有良好的承载能力,在后期运营使用时安全性、舒适性等得到有效保障;另一方面,良好的密实性能够减少水对基层、路基等的损害,提高道路的稳定性和耐久性。目前,传统工程中对于压实质量的控制主要是通过压实度来表征,检测的装置和方法有很多,如灌砂法、环刀法、核子密度仪法等,但此类检测均属于工后检测,无法实时对压实的工艺进行调整,对于像沥青混合料一类对温度和施工时间有严格控制的工程而言,适用性较差。因此,智能压实的概念被引入,它通过实时的压实质量监测,及时地对压实工艺进行调整,使得在压实结束后,压实质量能够直接满足要求,无需再次检测。Soojin Yoon, S.M.ASCE等[1]通过对大量的数据进行多重回归分析,证明了智能压实测量值(ICMV)能够代替传统压实度及均匀程度的检测方法,其结果与非核子密度仪所测相关度达0.67。Manik Barman, Moeen Nazari等[2]在6个现场试验中使用由俄克拉荷马大学发明的智能压实分析仪(ICA),并证明了其在压实质量控制和改进中的作用,其检测结果与现场路基弹性模量的相关性可达0.72~0.97。由此可见,智能压实是一种能高效控制压实质量的方法。实现智能压实,需要对选定参数作为压实评价指标,而对于某一选定的指标,又需要由现场反馈的数据来对压实工艺进行实时调整,对于这一全新而又复杂的工艺体系,众多学者为此展开了大量的研究。

1、压实质量评价指标的研究

控制压实质量是保证道路有良好的承载能力、耐久性、稳定性的重要手段,其控制的指标主要可以分为两大类:物理指标和力学指标。常见的工程采用压实度作为评价路基路面压实质量的参数,但其本身只是一个物理指标,是材料密实性的参数,只能间接地反应路基路面的压实质量。回观路基路面设计过程,我们常通过控制各层的模量、层底拉应力等参数进行道路设计,而这些参数本身都是力学参数。所以,对于压实质量指标的选择和评价,近年来不少学者都做了一定的研究。赵海杰[3]从理论角度归纳分析了压实质量评价的物理指标和力学指标,并分析各指标之间的相关性,指出动态弹性模量Evd与地基系数K30、压实沉降差等有良好的相关性,并以级配土为例,通过试验分析其在高幅、低幅状态下累计沉降量与压实度的关系,提出可由压实度和沉降量双指标控制压实质量的方法。赵秀璞[4]分析了智能压实检测指标与常规指标之间的相关性,并从压实程度、压实均匀性、压实稳定性三个方面形成一套以智能压实参数为指标的评价方法。李孟询[5]以“振动压路机-沥青路面”二自由度数学模型为基础,运用“方程对等法”的思想,建立路面刚度与振动加速度和时间二变量的关系式,通过MATLAB仿真分析及针对各型号振动压路机的现场实测,得出各型号振动压路机的路面刚度与振动加速度的线性关系表达式。林东[6]以振动波能量在不同介质中损耗特性不同为理论基础,提出通过振动波衰减检测压实度的方法,在引入当量阻尼比参数后,用试验数据将当量阻尼比与压实度进行了较好的拟合。

总结而言,目前压实质量指标的研究有以下几点问题:(1)局限性大:大多数研究只针对某一特定工况下、某一种材料亦或是某一振动压路机参数去进行拟合,虽然最终得到的理论与试验数据相关系数较高,但适用工况范围较小,并且对于过压、跳振等情况的判断较为复杂;(2)影响因素较多:单一的压实质量指标容易受到众多参数的影响,例如沥青混合料压实过程中,温度对混合料刚度和阻尼的影响、含水率对压实度的影响等,只能通过变量的控制,来完成相关性的分析。

2、动力学模型的研究

实际施工过程中,加速度的提取是相对其他参数而言较为简单的,它只需要在压路机的振动轮上加上加速度传感器即可。因此,大量的学者基于此对动力学模型展开了研究,通过理论的动力学方程,得出被压实层的刚度、阻尼等参数对应于振动轮加速度的关系,从而来判断被压实层的压实质量。李迪[7]考虑了随动土体的振动相应,在二自由度模型的基础上建立了一个三自由度模型,并运用MATLAB建模与ADAMS建模分析验证,得到振动加速度随沥青路面阻尼、刚度变化的动态响应规律,并与现场实测数据有较好的拟合效果;马学良[8]以振荡压路机为模型,建立了四自由度振荡压实轮-土壤系统动力学模型,并分析了其在纯滚动、滑动两种不同状态下的动力学方程,并以此分析建立了以单位体积被压实材料吸收能量以及压实时间为目标的智能压实控制策略。龚创先[9]运用简化的“机架-振动轮-土体”四自由度动力学模型的动力学方程,分析了振动轮加速度与上下车质量、振动频率、振幅、刚度、阻尼等参数之间的关系,并以压实效果为控制目标,拟合了土体参数与各个参数之间的曲线,为不同压实阶段的参数选择提供了理论依据。

对于动力学模型的研究较为广泛,但均存在一定的问题:(1)变参数的考虑:振动压实的过程是一个被压实材料刚度、阻尼实时变化的过程,而大多数动力学方程中的阻尼和刚度都是固定不变的,与实际工况不符。部分文献对不同刚度、阻尼情况的下的振动加速度进行了研究,却并未将其规律融入动力学方程中,对施工的智能指导能力尚有欠缺;(2)其他参数的影响:对于温度、含水率等对于动力学方程参数的影响,也是众多学者提出自己研究中不足的共同点;(3)与实际工况的联系:实际工况中,振动加速的采集并不是针对于单点的,而是随着压路机的行驶,提取整条道路上不同点的振动加速度数据,而动力学模型主要针对的是单点连续振动的方程,故二者之间参数的对比较为复杂。

3、离散元模拟研究

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