智能壓實度理論基礎

1、智能壓實控制儀設計依據(jù)理論基礎 壓實就是增加單位體積內土壤顆粒的數(shù)量，減少孔隙率的過程。 振動壓路機在作業(yè)時，由于振動輪的振動使其對鋪層材料作用一個往復沖擊力，振動輪對鋪層每沖擊一次，被壓實材料中就產(chǎn)生一個沖擊波，同時，這個沖擊波在被壓實的材料內沿著縱深方向擴散和傳播，被壓實材料顆粒之間的摩擦力也由初始的靜摩擦狀態(tài)逐漸進入到動摩擦狀態(tài)?？梢?，進行振動壓實時，在被壓材料層中作用有內力和外力。內力包括料粒間的粘結力、摩擦力和料粒的重量；外力包括由于振動作用傳遞給被壓材料顆粒的慣性力和上層材料的重力。 材料受強迫振動后，由于各料粒的質量及所處位置不同，所產(chǎn)生的慣性力也不同，此時，料粒問的粘結膜發(fā)生張

2、緊的現(xiàn)象。若慣性力不大，不足以克服料粒間的摩擦力和粘結力，則各顆粒仍處于原始位置；如果慣性力很大，足以破壞顆粒間的摩擦力和粘結力，在這種情況下，料粒在其自重力和上層物料重力的作用下相互脫離，發(fā)生位移，力圖占據(jù)最低穩(wěn)定位置，排除氣相和液相，互相楔緊、擠緊，達到密實。 圖1為輪胎驅動振動壓路機的2自由度數(shù)學模型。在列出振動方程以前，首先對模型中有關參數(shù)和條件進行假設： (1)在模型中，假設土是具有一定剛度的彈性體。其剛度為k2，阻尼為c2，且為線性尼。 (2)振動壓路機的上下車的質量簡化為具有一定質量的集中質量塊。上車為m1，瞬時位移為x1；下車為m2，瞬時位移為x2。 (3)振動壓路機工作在任何

3、一個瞬時，振動輪都保持與地面緊密接觸，F(xiàn)s為振動輪對地面作用力。 圖1中數(shù)學模型的運動方程為： 式中Me偏心塊的靜偏心力矩，Me= mf r； mf偏心力； r偏心塊的偏心矩。 由此，對于多自由度振動系統(tǒng)，其運動方程就可用下面矩陣形式來表述： MX+CX+KF=F (4) 式中X加速度列陣； X)速度列陣； X位移列陣； F)激勵力列陣； M質量矩陣； C阻尼矩陣； K剛度矩陣。 已知輸入力F，在被測試系統(tǒng)維持一定的M之下，根據(jù)振動輪加速度的變化就可以反映出K、C的變化情況。 試驗表明：土的物理狀態(tài)、固結壓力和應變數(shù)量級等因素對其彈性模量都有影響。計算土彈性模量的經(jīng)驗公式為： 式中Ed土彈性模

4、量； e孔隙比； 0平均固結壓力； d應變。 在振動壓路機作業(yè)時，隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實度也隨之增加，壓實基礎的孔隙比減小，從公式(5)可看出，基礎的彈性模量在增加，由剛度和模量的正比關系可得出剛度也在增加。另據(jù)文獻5知，隨著壓實度的增加，基礎的阻尼在逐漸減小。當基礎填料比較疏松、密實度低時，可近似看作是一個松軟的彈塑性體，振動輪在其上振實作業(yè)時，由于地面的彈性剛度小、阻尼較大，地面對振動輪的作用力較小，系統(tǒng)響應值較小。在壓實遍數(shù)增加過程中，填料逐漸被壓實，其彈性剛度隨之增加，阻尼變小，地面對振動輪的作用力變大，系統(tǒng)響應值逐步增大。計算機仿真表明：振動輪的動力學參數(shù)的變化與地面材料的密度變化密切相關，振動輪的垂直加速度與相互作用材料的壓實度正相關。因此，選取測定加速度值