路基系統(tǒng)形成過程動態(tài)監(jiān)控技術(shù).pdf

1、路基是一種三維帶狀結(jié)構(gòu)物，是道路和鐵道的基礎(chǔ)設(shè)施，具有非常重要的作用。路基結(jié)構(gòu)的性能及其優(yōu)劣是在修筑的全過程(成型過程)中形成的，取決于路基的結(jié)構(gòu)形式、填料和壓實質(zhì)量。本文以系統(tǒng)科學(xué)思想為指導(dǎo)、以彈塑性動力學(xué)理論和現(xiàn)代動態(tài)測試技術(shù)為基礎(chǔ)，對路基結(jié)構(gòu)在形成過程中的連續(xù)動態(tài)監(jiān)控問題做了系統(tǒng)的研究，初步形成了一套以振動壓路機(jī)為激勵源的實時的、連續(xù)的動態(tài)監(jiān)控技術(shù)，并已在工程上進(jìn)行了較為成功的應(yīng)用，特別是在粗粒土路基的壓實控制方面。 常規(guī)

2、的壓實質(zhì)量控制方法以非連續(xù)測試為主，且大部分不適合粗粒土壓實問題。在對現(xiàn)有的路基壓實質(zhì)量控制方法進(jìn)行的總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上，重點剖析了國外的壓實計方法。這是一種基于振動壓路機(jī)的連續(xù)壓實控制方法，從1978年起，經(jīng)過不斷完善，已經(jīng)在歐美地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用?？梢詫簩崊^(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速、全面的壓實質(zhì)量控制，這是常規(guī)方法無法做到的。該方法通過諧波比的評價指標(biāo)來評價壓實質(zhì)量，但是理論研究和實際驗證都表明，該指標(biāo)具有一定的局限性，很難適合粗粒土的壓實評

3、價。因此建立適用范圍更廣的連續(xù)控制方法便成為本文的核心問題。 首先，按照系統(tǒng)科學(xué)理論建立了路基結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本概念。路基系統(tǒng)的性能受組成要素——顆粒以及顆粒之間的關(guān)聯(lián)方式的制約。而粗粒土路基系統(tǒng)的狀態(tài)可由其密度、模量和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)來表征，系統(tǒng)狀態(tài)的變化在宏觀上可以用其結(jié)構(gòu)抗力的變化來表達(dá)。根據(jù)彈塑性力學(xué)和系統(tǒng)理論，分析了路基系統(tǒng)在形成過程中的演化規(guī)律，探討了路基結(jié)構(gòu)的塑性變形與其抗力之間的定性關(guān)系，為正確判別壓實過程中路基系統(tǒng)的壓

4、實狀態(tài)打下了基礎(chǔ)。 其次，分析和討論了壓實機(jī)具與被壓材料之間的相互作用問題。給出了路基在周期荷載作用下表面垂向的位移理論解答，并著重對振動壓路機(jī)的響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值仿真分析，指出了壓實作用力與激振力的區(qū)別與聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上建立了壓實機(jī)具在壓實過程中的動力學(xué)模型，按照線性與非線性兩種情況對方程進(jìn)行求解和分析。指出系統(tǒng)抗力與其加速度之間為線性關(guān)系，因此定義了抗力指標(biāo)——加速度，其目的在于方便實時量測和快速監(jiān)控。在理論研究的基礎(chǔ)上，研究了

5、壓實過程的測試技術(shù)，介紹了自行研制的壓實過程監(jiān)控系統(tǒng)的組成、特點和信號處理方法。根據(jù)控制理論，給出了壓實質(zhì)量控制的原理、內(nèi)容和實施的方法，為實際的工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 最后，研究了監(jiān)控技術(shù)在石渣路基壓實過程中的應(yīng)用問題。保證振動壓路機(jī)按照額定參數(shù)進(jìn)行壓實作業(yè)，是實現(xiàn)利用它作為激勵源進(jìn)行壓實質(zhì)量測試與控制的前提條件。為此首先對影響壓實工藝的關(guān)鍵參數(shù)——激振頻率進(jìn)行實時監(jiān)控，控制的手段就是調(diào)整油門。通過改變油門的大小來實現(xiàn)工作頻率在

6、額定值附近。在此基礎(chǔ)上分析了石渣路基壓實程度和均勻性的質(zhì)量監(jiān)控問題。對于壓實程度來講，應(yīng)該綜合運(yùn)用標(biāo)定法和相對法對其進(jìn)行質(zhì)量控制，即通過相鄰兩遍振動輪動態(tài)響應(yīng)信號的變化來判別路基塑性變形的變化和穩(wěn)定性，依此決定是否結(jié)束該種工藝的壓實作業(yè)；通過標(biāo)定法來判別是否達(dá)到了既有的要求，是否需要改變工藝?yán)^續(xù)壓實。應(yīng)用實例說明了改變壓實工藝和改善填料的性質(zhì)對于提高壓實程度和穩(wěn)定性是非常有效的。壓實均勻性是一個非常復(fù)雜的問題，控制到何種變異水平，涉及到

7、對路基結(jié)構(gòu)長期使用性能的影響問題。本文采用數(shù)理統(tǒng)計原則進(jìn)行控制，分別從整體的變異性和局部不均勻性的分布的角度進(jìn)行了討論，分析得到填料的變異性是影響路基均勻性的主要因素。改變填料的性質(zhì)和壓實工藝確能起到減小變異性的目的。將動態(tài)測定的壓實數(shù)據(jù)與相應(yīng)的常規(guī)實驗結(jié)果如彎沉和模量等進(jìn)行對比分析，驗證了它們之間是一種正向關(guān)系，進(jìn)一步說明了采用動力學(xué)方法的可行性。 總之，本文應(yīng)用動態(tài)的概念和方法所建立的監(jiān)控技術(shù)，實踐證明是可行的，對于提高路基