振動輪下土壤的動力響應(yīng)仿真及試驗(yàn)研究.pdf

1、在公路施工過程中，由于人們對壓實(shí)技術(shù)認(rèn)識和掌握的不夠，或工藝不合理等原因，經(jīng)常發(fā)生壓實(shí)質(zhì)量不符合要求而返工的現(xiàn)象，不僅造成施工企業(yè)嚴(yán)重的資金浪費(fèi)和工期延誤，給工程施工造成一定的困難，而且由于路基路面壓實(shí)不足常常導(dǎo)致路面沉陷，產(chǎn)生裂紋、坑槽、車轍等各種早期破壞，直接影響公路的服務(wù)水平。人們通過開發(fā)和研制新型的振動壓實(shí)機(jī)具，改進(jìn)施工工藝等措施來提高振動壓路機(jī)的能量利用率，提高路基的壓實(shí)質(zhì)量，所涉及的核心問題是振動輪與土壤的相互作用問題。因此

2、，將機(jī)械工程和土壤力學(xué)有機(jī)結(jié)合，深入研究振動輪與土壤的相互作用機(jī)理及作用方式，了解振動輪下土壤的動力行為、振動輪的動態(tài)響應(yīng)特性及地面振動傳播規(guī)律，并采取有效的應(yīng)對措施，對提高我國的振動壓路機(jī)設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量，營造文明的公路施工環(huán)境，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，具有十分重要的意義。 論文對級配土的強(qiáng)度特性及應(yīng)力應(yīng)變特性進(jìn)行了直剪試驗(yàn)和動三軸試驗(yàn)，研究級配土的粘聚力和內(nèi)摩擦隨土壤干密度、含水量的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)級配土的粘聚力和內(nèi)摩擦角取對數(shù)后

3、與土壤干密度、含水量具有較好的線性關(guān)系。振動荷載下，土壤的動應(yīng)力～動應(yīng)變關(guān)系受固結(jié)應(yīng)力、干密度和含水量的影響較大，在低固結(jié)應(yīng)力時(shí)，土壤的動應(yīng)力～動應(yīng)變近似呈線性關(guān)系。 建立了振動壓實(shí)過程的三維有限元模型，在模型中考慮了振動輪與土壤相互作用的非線性特性，研究了在不同振動頻率、振幅及碾壓速度下土壤的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律及衰減特性以及對振動輪動態(tài)響應(yīng)和振動輪接地性能的影響。結(jié)果表明，振幅和土壤密實(shí)度是影響土壤應(yīng)力分布規(guī)律的重要因素，增加振

4、幅可以顯著提高振動壓路機(jī)的壓實(shí)能力和深度效應(yīng)。隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加，應(yīng)適當(dāng)提高碾壓速度，提高壓實(shí)效率。 建立了振動輪引起的地面振動模型，分析了振動波的時(shí)域特性、頻域特性以及隨距離的衰減特性。結(jié)果表明，在振動波傳播過程中，不同距離處的振幅發(fā)生了明顯的衰減，但基頻與振動頻率保持一致。振動波的振幅在近距離處衰減較快，較遠(yuǎn)處衰減較慢，隨距離的衰減規(guī)律符合負(fù)冪函數(shù)形式α=κ·γ-β。 建立了隔振溝有限元模型。隔振溝是簡單而有效的隔振

5、措施之一，振動波經(jīng)過隔振溝后發(fā)生明顯衰減，振動頻率和隔振溝深度是影響衰減程度的重要因素。隔振溝越深，隔振效果越明顯：振動頻率較高時(shí)，隔振效果較好。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)視現(xiàn)場被保護(hù)對象類型及實(shí)測結(jié)果確定隔振溝深度，隔振溝應(yīng)靠近振動壓實(shí)帶開挖。 為了驗(yàn)證模型的正確性，對寶馬光輪壓路機(jī)BW219DH-3和拖碾YZTK18施工時(shí)產(chǎn)生的地面振動及隔振溝的隔振效果進(jìn)行了現(xiàn)場測試與分析。結(jié)果表明，振動波的振幅隨距離發(fā)生了明顯的衰減，基頻與振動頻率保持