落锤动刚度仪的仿真计算分析及试验研究

【摘要】：作为我国铁路路基填土压实质量的检测指标之一的基床系数K_(30)值，其检测方法 平板荷载试验在施工现场操作是比较复杂，该试验需要用大型机械设备提供测试需要 的反力，而且测试过程花费的时间比较长。因此国内外都在研究更为快速、方便的路 基压实质量的检测方法，铁道部科学研究院岩土室提出了用一种快速、简单的测试仪 器──落锤动刚度仪来检测路基的动刚度系数K_d，该装置利用落锤施加动荷载，免去 了静载试验的加荷及反力装置。其检测方法简单、快速，仪器携带方便，便于增加检 测频次，施工单位可以在路基填筑工程中根据仪器检测的K_d值，即时了解路基填筑 情况，调整施工方案。 为了进一步研究该装置的作用机理，设计更为合理的仪器结构，本文首先应用仿 真软件MSC.DYTRAN模拟计算了落锤动刚度仪冲击土体的全过程，分析了仪器的硬 件参数（锤重、承载板的直径和缓冲装置弹簧的刚度系数）对测试土体的应力和位移 的影响，并且分析了落锤动刚度仪检测的土体深度范围及其影响因素，为仪器硬件参 数的确定提供理论依据。 随后针对不同土质进行了大量的现场试验，在试验过程中，实时记录了落锤冲击 过程中荷载板的压力和位移，经数据处理系统计算出路基的动刚度系数K_d，并在同 一地点做K_(30)试验，给出了相应静荷载基床系数K_(30)的参考值。在建立动刚度系数K_d 与基床系数K_(30)之间的关系时，并不完全依靠经验回归，而是充分利用仪器所记录的 荷载和位移时程曲线，并考虑土的粘弹性及动荷载作用时的惯性影响，讨论了多种 K_d的算法。从而对三种土类（级配碎石、粗粒土、细粒土）建立了动刚度系数K_d与基 床系数K_(30)的对应关系。通过分析表明，测试的动刚度系数K_d与基床系数K_(30)具有良 好的线性相关性，基本可以替代K_(30)值作为路基填土压实质量评定的新的强度指标。