[发明专利]一种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法

说明书

本发明公开了一种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法。本发明的方法包括：(1)实地调研及试样采集分析；(2)无粘性路基土离散元模型构建；(3)压轮离散元模型构建；(4)压轮竖向位移‑时间曲线获取；(5)压轮竖向加速度‑时间曲线计算；(6)CMV值计算。本发明提出了基于PFC2D软件获取无粘性路基土振动压实过程中CMV值这一思路，在具体设计时，参考了大量相关规范，在离散元软件PFC2D中建立路基土‑压轮模型，应用matlab软件分析仿真中所得数据，以得到无粘性路基土振动压实过程中CMV值。

技术领域：

本发明涉及一种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法，属于公路路基填筑工程技术领域。

背景技术：

路基是路面的基础，主要承受车辆和道路结构自重两类荷载，若在施工中路基压实不满足相应要求，或致通车后路基在荷载下变形过大，导致路面出现严重病害，影响道路使用性能。因此，必须保证路基各项压实指标符合规范标准。路基压实状况传统上以压实度表征，需在完成压实后现场测试。但随着智能振动压实的发展，在压实过程中实现压实效果的实时准确监测成为了目前重要的发展方向。目前常用的评价指标是以“振动压实值”(Vibratory Compaction Values，简称CMV)作为检测指标，并通过试验路现场实测，标定某路段CMV值与压实度指标之间的关系。现有技术均为现场实测振动压路机竖直方向加速度信号，基于此得出CMV值，对于不同路基土均需进行现场实验，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法，为后续通过数值模拟得出振动压实值与压实度之间的回归关系，较为便利，节省现场实验成本，减轻现场实测工作量。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法，该方法包括如下步骤：

(1)实地调研及试样采集分析：在需要对无粘性路基土进行振动压实的现场进行实地调研，取样检测此处无粘性路基土的路基土级配曲线、孔隙率、含水率、最大干密度、变形模量、内摩擦角参数；

(2)无粘性路基土离散元模型构建：参考步骤(1)所得的路基土级配曲线、孔隙率、含水率、最大干密度、变形模量、内摩擦角参数，确定PFC2D软件中路基土离散元模型的颗粒级配情况，并通过数值实验以试错法标定颗粒间的微观接触参数；

(3)压轮离散元模型构建：在PFC2D软件中建立与实际压轮等半径的压轮模型，并根据实际振动压实工况中压轮对路基土静压力的大小、振动中激振力大小和频率、压轮转速，对所构建的压轮模型赋予相应参数；

(4)压轮竖向位移-时间曲线获取：上述步骤(2)(3)中已在PFC2D软件中建立振动压实中路基土-压轮离散元模型，运行此模型，测量压轮竖向位移-时间曲线；

(5)压轮竖向加速度-时间曲线计算：在matlab软件中对步骤(4)中获取的压轮竖向位移曲线，进行二次求导，得出压轮竖向加速度-时间曲线；

(6)CMV值计算：在matlab软件中对步骤(5)中获取的压轮竖向加速度-时间曲线进行离散傅里叶变换(fft变换)，得出压轮竖向加速度的频域图，在频域图中可见基频与高次谐频，从而可由其幅值间的比值关系得出CMV值。

所述的一种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法，步骤(2)中所述路基土离散元模型中选用球体作为模拟路基土的颗粒类型，其级配按照实测路基土级配曲线给定。

所述的一种基于离散元方法获取无粘性路基土振动压实值的方法，步骤(3)中所述在PFC2D软件中建立与实际压轮等半径的压轮模型的过程中，压轮以单独的一个球体模拟，其半径与实际工程中所用压轮半径一致，设置其密度使模型压轮自重等于压路机压轮静压力，在模拟压轮所用球体的中心施加外力,其峰值与频率均与实际激振力相一致，设置球体的转速使其符合实际压轮转速。