路基系统形成过程动态监控技术

【摘要】：路基是一种三维带状结构物,是道路和铁道的基础设施,具有非常重要的作用。路基结构的性能及其优劣是在修筑的全过程(成型过程)中形成的,取决于路基的结构形式、填料和压实质量。本文以系统科学思想为指导、以弹塑性动力学理论和现代动态测试技术为基础,对路基结构在形成过程中的连续动态监控问题做了系统的研究,初步形成了一套以振动压路机为激励源的实时的、连续的动态监控技术,并已在工程上进行了较为成功的应用,特别是在粗粒土路基的压实控制方面。 常规的压实质量控制方法以非连续测试为主,且大部分不适合粗粒土压实问题。在对现有的路基压实质量控制方法进行的总结和分析的基础上,重点剖析了国外的压实计方法。这是一种基于振动压路机的连续压实控制方法,从1978年起,经过不断完善,已经在欧美地区得到了广泛的应用。可以对压实区域实现快速、全面的压实质量控制,这是常规方法无法做到的。该方法通过谐波比的评价指标来评价压实质量,但是理论研究和实际验证都表明,该指标具有一定的局限性,很难适合粗粒土的压实评价。因此建立适用范围更广的连续控制方法便成为本文的核心问题。 首先,按照系统科学理论建立了路基结构系统的基本概念。路基系统的性能受组成要素——颗粒以及颗粒之间的关联方式的制约。而粗粒土路基系统的状态可由其密度、模量和抗剪强度指标来表征,系统状态的变化在宏观上可以用其结构抗力的变化来表达。根据弹塑性力学和系统理论,分析了路基系统在形成过程中的演化规律,探讨了路基结构的塑性变形与其抗力之间的定性关系,为正确判别压实过程中路基系统的压实状态打下了基础。 其次,分析和讨论了压实机具与被压材料之间的相互作用问题。给出了路基在周期荷载作用下表面垂向的位移理论解答,并着重对振动压路机的响应进行了数值仿真分析,指出了压实作用力与激振力的区别与联系。在此基础上建立了压实机具在压实过程中的动力学模型,按照线性与非线性两种情况对方程进行求解和分析。指出系统抗力与其加速度之间为线性关系,因此定义了抗力指标——加速度,其目的在于方便实时量测和快速监控。在理论研究的基础上,研究了压实过程的测试技术,介绍了自行研制的压实过程监控系统的组成、特点和信号处理方法。根据控制理论,给出了压实质量控制的原理、内容和实施的方法,为实际的工程应用奠定了基础。