高铁级配碎石振动压实下力学机制演化与颗粒破碎研究

作     者：谢康 陈晓斌 尧俊凯 王业顺 邓志兴 XIE Kang;CHEN Xiaobin;YAO Junkai;WANG Yeshun;DENG Zhixing

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2023年第20卷第9期

页      面：3217-3228页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51978674) 中国铁道科学研究院集团重点课题(2020YJ143) 中国铁路设计集团重点课题(2020YY240606) 中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2022ZZTS0622) 

主　　题：高铁路基 振动压实 颗粒破碎 形状演化 力学特性 离散元法 

摘      要：为准确表征出高铁级配碎石填料的压实过程,采用新型智能振动压实仪,分别从物理力学层面表征出级配碎石的压实过程。提出改进Viola-Jones算法量化出振动压实过程中级配碎石颗粒粒径、颗粒形状的演化规律,最后通过离散元方法揭示了振动压实中的颗粒破碎对级配碎石宏细观力学性能的影响机制。研究结果表明:在振动压实试验中,级配碎石的干密度在振动压实过程中不断增大,而力学性能Kb却出现了“软化的现象;级配碎石在振动压实前后级配没有明显变化,内部粗颗粒细长比变化也不明显,而圆度在压实后逐渐增加,表明级配碎石在振动压实过程中的颗粒破碎模式并非为颗粒被压碎,而是颗粒边缘突出、薄弱部位被分化、磨圆,可采用圆度来量化振动压实过程中颗粒破碎程度(研磨度);试样强度随着研磨度的增加而逐渐减小,且呈现出三阶段演化机制:0.1≤DF≤0.4时,试样强度损失较小;0.4DF0.7时,试样强度出现明显损失;0.7≤DF≤1.0时,试样强度没有明显损失。并通过颗粒平均配位数、滑动与转动等细观指标进一步揭示了振动压实中的颗粒研磨度对试样强度影响机制。研究成果可进一步揭示高铁级配碎石振动压实机理,也可为高铁路基智能压实控制技术奠定理论基础。