[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

说明书

本发明涉及一种铁路粗粒土填料振动压实实验装置及实验方法，根据施工现场的填料类型制备粗粒土填料试样；进行振动实验，记录填料干密度随振动时间的变化情况，采集振动压实过程中加速度随振动时间的变化情况；获取试样加速度幅值以及频谱特性，建立填料干密度的变化与加速度频谱谐波之间的对应关系；在实际压路机施工过程中，根据对应关系，由测量获得的加速度频谱变化获得填料压实度变化。本发明采用连续测距的方式，分析振动压实参数下填料的密度连续变化；采用振动加速度采集的方式，分析振动压实参数下填料的加速度幅值、频谱分析，为填料最优压实参数提供依据；联合密度变化、加速度变化的数据快速实时分析，为现场施工提供依据。

技术领域

本发明涉及路基试验技术领域，尤其涉及一种铁路粗粒土填料振动压实实验装置及实验方法。

背景技术

截止到2019年底，我国高速铁路运营里程突破3.5万公里，其中路基超过1.0万公里。高等级的交通线路对路基变形控制严格，也对路基填筑压实施工与控制提出了新的挑战。目前国内外高等级线路路基填筑一般采用物理力学性能良好的粗粒土填料，通过振动压路机振动碾压成型，填筑前需通过填料击实（或压实）试验确定填料的最大干密度。

目前，振动压实试验装置主要有表面振动压实仪、振动成型仪以及振动台3类：

（1）振动成型仪

振动压实成型机（公路）是基于半刚性基层材料（沥青）压实特性研制，在实验室内针对无机结合料稳定集料或半刚性改良土石类材料，通过上部电机带动偏心块施加激振力，激振力自上而下传递将半刚性基层材料压密成型。振动压实参数为静压力 1900N、激振力6800N-6900N、振动频率为28HZ-30HZ。

（2）表面振动压实仪

表面振动压实仪基于水利大坝巨粒土压实特性进行研制，试验筒直径为30cm，与振动成型仪不同，表面振动压实仪采用振动电机施加激振力。振动频率30～50Hz，激振力50～80kN，静压力18kPa。通过调节频率方式调节激振力。

（3）振动台

通过击实筒下部平台的振动使得填料逐步密实。在击实筒土样上部加配重块，通过底部加重底板振动台施加上下振幅，使得填料逐步密实。50HZ振动频率0.5mm，60HZ振动频率，振幅0.35mm。

路基服役性能与振动压实质量密切相关，但目前标准中人工或机械重锤击的击实试验方法与现场填料振动压实方式机理不同，常常出现击实试验结果最大干密度小于现场振动碾压密度现象，现有击实试验方法及仪器不能满足粗粒土填料控制填筑的需求，具体存在以下缺陷：

1.试验对象不同

振动成型仪主要针对公路路面无机结合料（沥青等路面材料）研制，表面振动压实针对水利大坝堆石料特性进行研制，振动台法的优势也是针对于粒径较大（最大粒径可达600mm）的巨粒土填料。铁路粗粒土填料最大粒径为40mm，具有自身严格的级配特点，填料压实后物理力学性能与水利大坝巨粒土、公路路面半刚性材料以及巨粒土填料有极大的不同。

2.振动参数不适用

试验对象不同导致填料的动力性能不同，适宜振动频率、激振力、振动时间均不同，初步试验铁路粗粒土填料适宜振动频率20-30HZ，激振力1000N~3000N，最优激振时间为3min。与现有振动压实仪器参数设定区别较大。

3.参数调节范围有限

现有振动压实仪器参数，只能通过改变电机激振频率对振动进行调节，激振力随着振动频率变动。

不能单独调节激振力、静压力大小。

4.无参数测试手段