基于迁移颗粒振动能量的粒料基层填料压实质量评价

作     者：王萌 肖源杰 孔坤锋 于群丁 李文奇 杨涛 陈晓斌 陈宇亮 

作者机构：中南大学土木工程学院 中铁第四勘察设计院集团有限公司城市轨道与地下工程设计研究院 重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学) 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 湖南省交通科学研究院有限公司 

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

年 卷 期：2024年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52178443,U1934209,51878673) 国家重点研发计划项目(2019YFC1904704) 

主　　题：路基工程 粒料基层填料 振动压实 压实质量评价 颗粒迁移运动 智能传感监测 动态变形模量 

摘      要：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。本文依托新建铁路砂土路基填筑碾压现场试验段，开展了动态变形模量测试，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，进而分析了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，提出了新的压实指标（migrating particle vibration energy compaction value, MPVECV），并分析了其与碾压遍数和动态变形模量之间的关联性，探究了振动模式、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上的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。