[发明专利]一种3D分析颗粒在振动压实状态下流动状态的装置及方法

说明书

本发明公开了一种3D分析颗粒在振动压实状态下流动状态的方法及装置，首先根据试验模拟的需求，制作一定体积的模型试槽；而后，通过筛分试验，将一定级配的集料按照粒径大小的不同进行分级，将需要重点观察分析的某一粒径区间内的颗粒的表面镀上一层极薄的金属膜，或者密度明显区别于集料的其他物质；之后，将各粒径集料再次混合，填入试槽中，通过振动力的输入将级配碎石压实，通过X光扫描仪实时扫描监测被标记集料的流动状态。本发明通过运用安检仪的原理，能够观察某些重要粒径区间内。

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种3D分析颗粒在振动压实状态下流动状态的装置及方法。

背景技术

振动压实是目前工程中最为常用的提高道路各层材料密实度的方法，目前对于振动压实过程的理论，主要有以下三种：

（1）共振学说。由于振动压实输出的是具有一定振动频率的激振力，因此，当振动频率与被压实材料的固有频率接近时，发生共振，颗粒重排，从而变得更为密实；

（2）反复荷载学说。其主要说明被压材料在周期性压缩运动作用下，受到振动所产生的反复荷载作用而达到压实的目的；

（3）交变剪应变学说。该理论认为，根据土力学理论，由振动作用产生的交变剪应力使土壤发生剪切变形，从而导致颗粒重排，密实度提高；

（4）内部摩擦减小学说。该学说认为，振动荷载作用产生的冲击波能够沿着被压材料的纵深方向不断传播扩散，是被压实材料颗粒的静摩擦力变为动摩擦力，因此发生运动，重排。此时，运动状态下的颗粒之间的内摩擦力急剧减小，压实变得更为容易。

目前，大部分认为以上理论观点之间是相互联系、互有补充的，各独立理论都有一定局限性。例如，共振学说中被压实材料的固有频率在压实过程中是不断变化的，因此这一状态只能存在与振动频率不断相应变化的工况下；反复荷载学说在低频率的荷载作用下才会具有意义。

通过传统的分析，可以得出，在被压实过程中，颗粒的受力状态主要为粘结力、摩擦力、颗粒自身重力、振动作用产生的惯性力以及上部颗粒的作用。颗粒发生运动的条件是自身重力以及外力（惯性力和上部颗粒作用）的组合能够克服颗粒间的粘结力和摩擦力。因此，大颗粒具有更大的惯性力，会首先脱离相邻颗粒而向下运动；颗粒之间粒径差别很大的，粘结力较小，也容易发生相对运动。但以上理论观点却并未有很好的试验进行证明，各学说都尚需进一步的研究探讨。

发明内容

本发明目的是提供一种3D分析颗粒在振动压实状态下流动状态的装置及方法，用于观测分析关键粒径的集料在振动压实状态下的流动路径，与离散元软件的模拟分析结果进行对比，为模拟的可靠性提供试验验证方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种3D分析颗粒在振动压实状态下流动状态的装置，包括铅房，在所述的铅房的左右以及上下侧壁上采用铅帘板，在铅房的前后侧壁上设置有铅帘，在所述的左右侧壁上的铅帘板上还设置有X光扫描仪，X光扫描仪分为发射端和接收端，分别在于左右侧壁上的铅帘板上，所述的X光扫描仪与计算机相连接；在铅房的内部设置有支架，所述的支架上设置有传送带，在所述的传送带上设置有填筑试验料的试验槽，在所述的试验槽上方还设置有振压装置。

本发明还公开了一种3D分析颗粒在振动压实状态下流动状态的方法，包括如下步骤：

步骤1：按照试验模拟需求或振动影响范围的计算，制作内合适的试槽，用于填筑试验所用混合料；

步骤2：通过筛分试验，将不同粒径区间的集料筛分；

步骤3：使用镀金属薄膜或者其他涂料标记需要重点观察的一种或者多种粒径区间内的颗粒；

步骤4：将集料重新混合，并置于搅拌仪内搅拌均匀，而后填筑于试槽内，并进行振动压实；