基于现场试验的路基压实振动波传播规律

基于现场试验的路基压实振动波传播规律

张欣伟 王佶琨

（1.中科（湖南）先进轨道交通研究院有限公司 湖南 株洲 412000；2. 广深铁路股份有限公司广州工务段 广东 广州 510000）

摘 要本文通过天邛高速公路试验段来研究振动波的传播规律，得到以下几点：压路机产生的激振力对主要作用在垂直方向上，大部分在4g左右，在水平的横向和纵向在相对小很多，只有1g左右;在压路机振动压实过程中，最近的土体受到的振动最大，其受到的力和产生的加速度也最大，然后随着距离的增加，振动轮做的功在传递过程中被慢慢被土体吸收和消耗，距离越远，其加速度值越小;振动轮产生的加速度在地下呈现半球形扩散，即从振动轮中心向半球形四周扩散，大小逐渐减小。

关键词路基压实；加速度 ；振动波；压路机

中图分类号 文献标识码： DOI：

1

路基作为道路结构中重要的一部分，其结构稳定性和耐久性对道路功能的安全运营起着非常重要的作用。随着我国公路和铁路的快速发展，特别是高速铁路时代的到来，对路基结构的稳定性和安全性更是上了一个新台阶，故作为路基作业中最重要的一环，需要对路基结构的稳定性和质量安全性维持在安全期内，故路基压实的重要性就显而易见。

目前，国内外大量研究学者已经对智能路基压实作了大量研究工作。振动压路机作为填筑压实工作中重要的作业工具，其振动压路机的硬件性能也对路基的质量起着至关重要的作用。王延仓[1]等基于高光谱技术公路路基土壤压实度定量反演的研究，为探寻高光谱技术在检测公路路基土壤压实度方面的可行性；张宗堂[2]等级配对煤矸石路基填料压实与强度特性的影响试验研究，得到.级配对煤矸石路基填料的压实与强度均存在较大影响；苏珂[3]等研究路基振动压实过程中振动波传播规律，通过有限元软件模拟，结合现场实测振动压路机及填料动力响应曲线,振动压路机-填料耦合模型能够较好地模拟填料振动压实过程；蔡德钩[4]等基于现场试验的高铁路基智能压实过程中振动波垂向传播机制，得到振动信号从振动轮至填料的传播过程中,振动加速度峰值近似呈双曲线分布,且与埋深呈反向关系。然后，路基压实基于现场条件和地域条件，智能压实[5]控制理论的基础也不够牢固，一定程度限制了智能路基压实的发展[6]。

基于此，本文以天邛高速路基压实作为试验场地，在振动压路机和填筑土层里安装加速度传感器，从振动波的传播规律来研究振动波的传播机制[7]，为后续的路基智能压实提供实际支撑[8]。

1现场试验方案

为研究填筑土层在振动机碾压下的传播规律，本文选取天邛高速公路段来作为研究对象，选取100m×25m的矩形试验场地。场地填筑厚度为40cm左右，共划分出4条碾压车道，每条车道宽2.5m，每条车道之间距离为2m，用白色粉末划分车道和隔离带，如下图1。使用的振动压路机为三一压路机SSR330c-6，振动频率28/31Hz，振动振幅2.1/1.1mm，激振力为652/420kN。其中加速度传感器安装在压路机的振动轮上，加和每条碾压车道上，其中每个加速度传感器的间隔为15m，如下图2，加速度传感器的型号为1C303，量程为±16g。在前期的准备工作完成后，压路机开始静压铺平，依次准备开始振动压实。

图1 现场待压实路基

图2 压路机车道规划和加速度测点布置

2试验结果分析

2.1 加速度时程曲线

这里选取车道2的第一次的加速度时程曲线，如下图，灰色为Z方向也就是垂直方向，红色为Y方向也就是横向，蓝色为X方向也就是纵向。

图3 加速度时程曲线

如上图，从总体上看，灰色部分明显高于红色和蓝色部分，说明垂直方向的加速度明显高于横向和纵向的加速度，说明压路机的激振力主要作用在垂直方向上。加速度在X、Y方向上的大部分值都在-1g到1g之间，而Z方向上大部分在4g左右；单独从每一个加速度时程曲线来看，有的地方比较突出有的地方比较凹陷，是因为每一块路基的细小颗粒位置有差别，就造成每个位置的弹性模量不一样，最后给的加速度规律也有所差别。

2.2 地面加速度传播规律

这里选取某一个测点在振动压路机的振动过程中X、Y、Z三个方向上的传播规律，其中在三个方向的曲线图如下：

图4 X方向加速度传播规律

图5 Y方向加速度传播规律

图6 Z方向加速度传播规律

如图4到图6，为加速度在振动过程中X、Y、Z三个方向上的传播规律。总体上看，在振动过程中，最大值出现在Z方向，其影响最大也是在Z方向；从单一一个图来看，每个图都是中间大两头小的模式，最大值出现在测点的正上方，是因为在振动轮重力和激振力的作用下，其最近的土体受到的振动最大，其受到的力和产生的加速度也最大，然后随着距离的增加，振动轮做的功在传递过程中被慢慢被土体吸收和消耗，所以距离越远，其加速度值越小；振动轮产生的加速度在地下呈现半球形扩散，即从振动轮中心向半球形四周扩散，大小逐渐减小。

结论

本文依据天邛高速公路段路基为例，进行路基压实振动波传播规律研究，在对现场的数据采集和分析后，得到以下结论：

（1）压路机产生的激振力对主要作用在垂直方向上，大部分在4g左右，在水平的横向和纵向在相对小很多，只有1g左右。

（2）在压路机振动压实过程中，最近的土体受到的振动最大，其受到的力和产生的加速度也最大，然后随着距离的增加，振动轮做的功在传递过程中被慢慢被土体吸收和消耗，距离越远，其加速度值越小。

（3）振动轮产生的加速度在地下呈现半球形扩散，即从振动轮中心向半球形四周扩散，大小逐渐减小。

参考文献

[1] 王延仓,李笑芳,张文胜,等. 基于高光谱技术公路路基土壤压实度定量反演的研究[J]. 光谱学与光谱分析,2023,43(7):2294-2300.

[2] 张宗堂,高文华,刘昌平,等. 级配对煤矸石路基填料压实与强度特性的影响试验研究[J]. 工程地质学报,2023,31(5):1774-1781. DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2021-0564.

[3] 苏珂,蔡德钩,马洪生,等. 路基振动压实过程中振动波传播规律[J]. 铁道建筑,2023,63(7):129-133.

[4] 蔡德钩,叶阳升,闫宏业,等. 基于现场试验的高铁路基智能压实过程中振动波垂向传播机制[J]. 中国铁道科学,2020,41(3):1-10.

[5] 范娟,宋晓东,田利锋,等. 高速铁路路基连续压实质量检测指标 CMV 影响因素分析[J]. 铁道科学与工程学报,2015(3):463-474.

[5] 范娟,宋晓东,田利锋,等. 高速铁路路基连续压实质量检测指标 CMV 影响因素分析[J]. 铁道科学与工程学报,2015(3):463-474.

[6] 孙一鸣. 京雄城际铁路已铺轨段隧道回填影响分析及沉降控制措施[J]. 铁道建筑,2021,61(6):44-48.

[7] 徐光辉,高辉,雒泽华,等. 连续与智能压实控制技术在高速铁路建设中的应用[J]. 筑路机械与施工机械化,2017,34(1):30-34.

[8] 马源, 栾英成, 张伟光, et al. 路基智能压实技术的数值仿真[J]. 中南大学学报（英文版）,2020,27(7):2173-2184.