[发明专利]一种铁路粗粒土填料振动压实实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种铁路粗粒土填料振动压实实验装置，其特征在于，包括支撑框架、升降装置、振动单元、振实压头以及底座试模；

所述振动单元能够沿所述支撑框架内部移动，并产生竖向激振力由振实压头传递至粗粒土填料试样；

所述升降装置能够带动所述振动单元向上移动以拆装粗粒土填料试样，并在所述振动单元向下降过程中不对所述振动单元进行竖直方向限位；

所述底座试模放置在所述振实压头下方，用于装载粗粒土填料试样；

所述振动单元包括控制单元、振动电机和两个对称设置在所述振动电机驱动下部的偏心块，所述振动电机驱动两个偏心块同步反向旋转，产生垂直分力加载至所述振实压头，所述控制单元改变激振力和激振频率，实验不同激振力和频率下的土体振动压实特性；

振动压头上设置加速度传感器；采集加速度并发送给所述控制单元，试验结束后根据所述控制单元内存储的加速度获取加速度频谱，根据加速度频谱随压实过程的变化获取压实不同阶段的加速度频谱特征。

2.根据权利要求1所述的铁路粗粒土填料振动压实实验装置，其特征在于，支撑框架底座上设置位移传感器，监测压实过程中所述振实压头的下降距离△s。

3.根据权利要求2所述的铁路粗粒土填料振动压实实验装置，其特征在于，还包括位移测试单元，所述位移测试单元接收所述位移传感器采集的下降距离△s，并连续计算压实过程中的粗粒土填料密度ρ的数值：

ρ=m₀/[（h_d-h-△s）*πr²]

其中h_d为开始压实前粗粒土填料试样初始的高度，h为底座试模的高度，r为圆筒形底座试模的底面半径，m₀为粗粒土填料试样的总质量。

4.根据权利要求3所述的铁路粗粒土填料振动压实实验装置，其特征在于，通过调整两个偏心块的质量和/或振动电机的激振频率以调整竖向激振力P的大小，竖向激振力P满足：

P= W+Fsinωt

其中W为振动压实仪激振部自重，F为离心激振力幅值，m表示两个偏心块的总质量，为振动电机的角速度，为振动电机的激振频率，为偏心块的偏心距。

5.一种利用权利要求1-4之一所述的铁路粗粒土填料振动压实实验装置进行压实实验方法，其特征在于，包括：

根据施工现场的填料类型制备粗粒土填料试样；进行振动压实实验，记录填料干密度随振动时间的变化情况以及底座试模内不同高度的加速度随振动时间的变化情况；

获取加速度频谱、加速度幅值，建立填料干密度的变化与加速度频谱谐波、加速度幅值之间的对应关系；

在实际压路机路基填筑施工过程中，监测压路机滚轮振动轴上加速度，获得加速度频谱和幅值；根据所述填料振动压实试验获得的干密度的变化与加速度频谱谐波之间的关系和加速度幅值与填料干密度的变化的对应关系，判断现场填料压实度的变化。

6.根据权利要求5所述的进行压实实验方法，其特征在于，所述对应关系包括记录出现的各次谐波次数、谐波幅值、谐波频率特征对应干密度值；在实际压路机施工过程中，根据加速度频谱中谐波特征判断填料压实度。

7.根据权利要求6所述的进行压实实验方法，其特征在于，进行压实实验前还包括通过调整两个偏心块的质量和振动电机的激振频率调整竖向激振力P的大小获得最大干密度，记录获得最大干密度的速度最快时的两个偏心块的质量作为最佳偏心块质量，振动电机的激振频率作为最优振动频率；以最佳偏心块质量和最优振动频率设置所述振动单元；竖向激振力P满足：

P= W+Fsinωt

其中W为振动压实仪激振部自重，F为离心激振力幅值，m表示两个偏心块的总质量，为振动电机的角速度，为振动电机的激振频率，为偏心块的偏心距。

8.根据权利要求7所述的进行压实实验方法，其特征在于，进行连续测试，建立压实时间和干密度变化关系，得到该粗粒土填料振动压实过程中达到最大干密度的总时间，根据所述总时间设置实际压路机碾压遍数和碾压速度；根据实验测得最优振动频率和最佳偏心块质量设置实际压路机的频率和激振振幅。