基于迁移颗粒振动能量的粒料基层填料压实质量评价

目前,粒料基层振动碾压质量评价指标多基于振动轮的动力响应,鲜有研究考虑粒料基层填料自身的振动信号。依托新建铁路砂土路基填筑碾压现场试验段,开展动态变形模量测试,采用无线智能颗粒传感器实时监测振动碾压过程中填料颗粒的迁移运动,进而分析三向加速度及其边际谱能量随碾压遍数的变化规律;基于迁移颗粒的边际谱振动能量幅值,提出新的压实指标:迁移颗粒振动能量压实值(migrating particle vibration energy compaction value,MPVECV),并分析其与碾压遍数和动态变形模量之间的关联性,探究振动模式、碾压速度及监测位置对新压实指标评价效果的影响程度。研究结果表明:振动碾压过程中粒料基层填料颗粒存在多方向的振动效应,进而促使填料不断运动致密,上部振动轮输出能量驱使填料内部颗粒不断小幅运动和调整直至整体稳定。传感器的加速度边际谱幅值与振动碾压遍数以及动态变形模量的关联性较好;迁移颗粒平行于行车方向的MPVECV指标相比于其在垂直于行车方向及竖直方向的MPVECV指标可更好地表征粒料基层填料的压实质量和动态变形模量,因此可用其评价填料的压实状态。MPVECV指标更适用于强振工况且其评价效果受碾压速度和监测位置的影响并不显著。研究结果可为粒料基层填料智能压实提供实时、无损的评价指标和技术。

振动压实致粗粒土填料颗粒运移和空隙演化特征

路基粗粒土填料的连续振动压实质量评价仍缺乏颗粒运移、骨架和空隙结构特征等细观指标,为此,针对振动压实最优激振参数组合下的粗粒土填料,基于高精度工业X射线计算机断层扫描(XCT)及三维重构技术,从细观尺度对比分析了基床填料内部颗粒运动、迁移和分布规律,量化分析了不同阶段填料内部三维空隙结构演化特征。研究结果表明:振动荷载作用下粗粒土填料颗粒在第1阶段以竖向运动为主,填料内部空隙减小并逐渐形成骨架;颗粒在第2阶段主要在水平面移动及竖直面内滚动,颗粒间的咬合嵌挤作用增强;当超过60%的颗粒其长轴倾角绝对值大于60°时,表明填料已基本接近或达到较优压实状态;相比其他粒径颗粒,4.75~9.5 mm和2.36~4.75 mm两个粒径范围内的颗粒处于粗细颗粒的分界,在振动荷载作用下更趋向于调整自身的位置,进而强化粗颗粒间的骨架效应;随着压实过程的推进,填料内部粗颗粒骨架结构逐渐形成且细颗粒不断填充骨架结构的空隙,面空隙率沿试样高度方向的不均匀性减小,空隙整体形状向规则型发展且空隙间的形态差异不断减小。研究结论可为粗粒土填料室内振动压实质量评价提供更全面的颗粒运动和空隙结构特征等微细观指标。