高速鐵路路基B組填料振動(dòng)壓實(shí)參數(shù)優(yōu)化室內(nèi)試驗(yàn)研究

葉陽升，陳曉斌，惠瀟涵，蔡德鉤，堯俊凱，金亮星

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；2.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；3.中南大學(xué) 重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075；4.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

高速鐵路路基填料以粗粒土為主，具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的特性，其壓實(shí)質(zhì)量是確保高速鐵路路基平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。振動(dòng)壓實(shí)法是路基填筑的常用方法[1]，具有效率高、穩(wěn)定性好、傳播深度深等優(yōu)點(diǎn)。已有研究表明，選擇合理的振動(dòng)參數(shù)能使粗粒土填料達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài)；而顆粒破碎是粗粒土的基本特性之一，在振動(dòng)壓實(shí)作用下,由于粗顆粒骨架點(diǎn)接觸的特點(diǎn)容易造成顆粒破碎現(xiàn)象[2]，粗顆粒間主要以點(diǎn)接觸為主，在振動(dòng)壓實(shí)作用下，由于應(yīng)力集中更加容易發(fā)生顆粒破碎現(xiàn)象，從而導(dǎo)致粗粒土的變形和強(qiáng)度特性發(fā)生改變，引發(fā)沉降變形、翻漿冒泥等工程災(zāi)害。故有必要開展路基填料振動(dòng)壓實(shí)特性及顆粒破碎演化規(guī)律研究，為高速鐵路路基的填筑作業(yè)提供技術(shù)參考及試驗(yàn)依據(jù)。目前，針對(duì)粗粒土壓實(shí)特性的研究主要包括2個(gè)方面[2]，一是填料本身特性，包括級(jí)配、含水率、母巖強(qiáng)度等，二是振動(dòng)參數(shù)的選取即頻率、幅值、激振時(shí)間。針對(duì)填料本身特性，馮瑞玲等[4]對(duì)8種不同級(jí)配的粗粒土展開振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)級(jí)配特性對(duì)粗粒土的壓實(shí)效果有很大影響，級(jí)配良好的土有著更好的壓實(shí)效果。吳二魯?shù)萚5]通過對(duì)16組不同級(jí)配粗粒土進(jìn)行表面振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)，引入級(jí)配曲面面積指標(biāo)對(duì)壓實(shí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并依次確定了粗粒土的最優(yōu)級(jí)配區(qū)間及對(duì)應(yīng)級(jí)配曲線面積。杜俊等[6]對(duì)多個(gè)級(jí)配不同含水率的粗粒土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，研究了粗粒含量、含水率對(duì)干密度及顆粒破碎率的影響規(guī)律；近年來，隨著智能壓實(shí)技術(shù)(IC)的提出，更多的學(xué)者針對(duì)振動(dòng)壓實(shí)參數(shù)優(yōu)化展開研究，WERS?LL等[7?8]研究了振動(dòng)壓路機(jī)工作頻率對(duì)碎石材料的影響，結(jié)果表明振動(dòng)壓路機(jī)在接近共振的頻率下工作壓實(shí)效果最好且更加省時(shí)、節(jié)能。黃強(qiáng)[9]通過表面振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)確定了粗粒土合理振動(dòng)壓實(shí)時(shí)間為3 min。COMMURI等[10]提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瀝青壓實(shí)分析儀的方法，能夠連續(xù)預(yù)測(cè)施工過程中的密度變化；AN等[11]提出了一種基于遺傳算法對(duì)壓實(shí)參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，能夠有效提高壓實(shí)效率，但優(yōu)化過程需要大量的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)。由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的復(fù)雜性，南兵章等[3,12?14]根據(jù)自主研制的可調(diào)頻調(diào)幅室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)儀，先后研究了振動(dòng)參數(shù)對(duì)粉土、砂土、水泥穩(wěn)定碎石、土石混合料等填料的壓實(shí)特性，確定了靜壓力、激振力、振幅和頻率對(duì)填料干密度的影響規(guī)律，并驗(yàn)證了室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)儀的可行性。HUANG等[15]通過圖像處理技術(shù)發(fā)現(xiàn)多孔瀝青混凝土(PAC)在振動(dòng)壓實(shí)過程中上部最先壓實(shí)，并發(fā)現(xiàn)振動(dòng)頻率過大容易導(dǎo)致粗顆粒破碎。路基填料的壓實(shí)性能是路基沉降控制的關(guān)鍵指標(biāo)，而影響填料壓實(shí)性能的參數(shù)非常復(fù)雜。目前對(duì)于不同類型的路基填料，尚未有廣泛適用的研究結(jié)論，需要針對(duì)具體材料具體特性開展針對(duì)性研究。對(duì)于高速鐵路B組填料這種特殊填料的振動(dòng)壓實(shí)特性亟待開展專門試驗(yàn)研究。本文采用室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)儀模擬現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)的實(shí)際碾壓過程，分析了振動(dòng)頻率、激振荷載、振動(dòng)次數(shù)等因素對(duì)高速鐵路B組填料粗粒土的干密度和破碎特性的影響，基于振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了探討，并確定了高速鐵路B組填料粗粒土的合理振動(dòng)參數(shù)范圍。研究結(jié)論可為高速鐵路B組填料粗粒土現(xiàn)場(chǎng)碾壓作業(yè)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料及方案

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料取自某高鐵路基B組填料，為保證試驗(yàn)土樣級(jí)配與現(xiàn)場(chǎng)一致，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取得的200 kg填料進(jìn)行顆粒篩析，得到現(xiàn)場(chǎng)基床底層填料級(jí)配，但由于試驗(yàn)篩析出來的最大粒徑為60 mm，超過了室內(nèi)壓實(shí)筒的所允許的最大粒徑，根據(jù)《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》需剔除粒徑大于40 mm的顆粒，通過左永振等[16]對(duì)4種縮尺方法適用性探討結(jié)果，等量替代法具有保持原有粗粒、細(xì)粒含量不變的優(yōu)點(diǎn)，適合超徑含量小于40%的粗粒土填料。故選取等量替代法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)填料進(jìn)行縮尺，縮尺方法見式(1)，縮尺后級(jí)配如圖1所示，圖中，P為小于某粒徑的顆粒含量，d為粒徑。

圖1 試驗(yàn)材料級(jí)配曲線Fig.1 Gradation curve of tested materials

式中：Pi為剔除后某粒組含量；Poi為原級(jí)配某粒組含量，%；Pdmax為超徑顆粒含量，%；P5為大于5 mm粒徑土含量，%。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)儀，能夠充分模擬現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)壓路機(jī)碾壓過程。為分析頻率f，名義振幅A0，振動(dòng)次數(shù)n等參數(shù)對(duì)粗粒土壓實(shí)特性的影響，設(shè)計(jì)5種頻率、3種振幅下共15種組合工況，并記錄壓實(shí)過程中干密度隨振動(dòng)次數(shù)變化值。具體試驗(yàn)工況如表1所示。文中采用的振幅為名義振幅，即將壓路機(jī)的鋼輪懸空所計(jì)算的振幅，計(jì)算公式如式(2)所示。

表1 試驗(yàn)方案Table 1 Testing programs

式中：A0為名義振幅；MP為參振質(zhì)量；md為偏心塊質(zhì)量；e為偏心距。

2 振動(dòng)壓實(shí)參數(shù)對(duì)粗粒土壓實(shí)性能的影響

2.1 振動(dòng)頻率?干密度關(guān)系

為了分析振動(dòng)頻率對(duì)材料壓實(shí)特性的影響，整理了不同振幅下的頻率與干密度的試驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

通過圖2可以看出，4種振幅下干密度隨頻率變化的趨勢(shì)保持一致，其變化趨勢(shì)可以分為3個(gè)階段：1)緩慢增加階段，當(dāng)名義振幅A0較小時(shí)，粗粒土填料在激振頻率為10～20 Hz區(qū)間內(nèi)緩慢增加，當(dāng)名義振幅A0較大時(shí)，粗粒土填料在激振頻率為10～15 Hz區(qū)間內(nèi)緩慢增加，這是由于當(dāng)激振頻率較低時(shí)，顆粒保持在初始位置振動(dòng)，導(dǎo)致細(xì)顆粒不能充分填滿孔隙。2)迅速增加階段，粗粒土填料干密度隨激振頻率迅速增加，粗粒土填料振動(dòng)響應(yīng)明顯，細(xì)顆粒易偏離初始位置能夠充分填滿孔隙，土體結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)。同時(shí)當(dāng)振幅較大時(shí)由于振動(dòng)強(qiáng)度增加填料在較低頻率便能進(jìn)入迅速增加階段。3)最優(yōu)振動(dòng)頻率階段，此階段相比低頻壓實(shí)，土體結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，干密度隨激振頻率增加的變化逐漸變緩，但存在一最優(yōu)頻率使得干密度出現(xiàn)最大值，此時(shí)激振頻率接近粗粒土填料的固有頻率，從而引起共振現(xiàn)象，提高振動(dòng)壓實(shí)效果，使得粗粒土填料達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài)[9]，并確定試驗(yàn)土樣最佳振動(dòng)頻率為25～30 Hz，這一結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)作業(yè)的振動(dòng)頻率[17]一致，說明試驗(yàn)所用儀器能很好的模擬現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)碾壓作業(yè)。

圖2 不同振幅下頻率與干密度間關(guān)系Fig.2 Relationship between frequency and dry density with different amplitude

同時(shí)分析頻率和振幅對(duì)干密度影響程度的敏感性，以頻率為25 Hz為例，壓實(shí)后干密度隨幅值變化依次為4.8%，1.0%；以幅值為0.3 mm為例，壓實(shí)后干密度隨頻率變化依次為3.6%，4.1%，9.7%，1.7%，由此可見，頻率對(duì)壓實(shí)后干密度的影響更大。

2.2 激振荷載?干密度關(guān)系

土體在有限空間內(nèi)發(fā)生剪切破壞顆粒重新排列的過程，就是土體密實(shí)的過程[18]。粗粒土振動(dòng)壓實(shí)過程可以簡(jiǎn)化為，土體受到循環(huán)作用的激振力，引起循環(huán)剪切應(yīng)力，使土體發(fā)生周期性顆粒重新排列而壓實(shí)的過程。

激振力是由2個(gè)對(duì)稱分布的偏心塊高速旋轉(zhuǎn)的離心力帶動(dòng)激振頭上下運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生。激振力與振動(dòng)頻率、偏心塊質(zhì)量、偏心距有關(guān)，具體計(jì)算公式如式(3)所示[19]。

式中：F為激振力；f為激振頻率。

施加到土體上的激振荷載Ps如式(4)所示，得到激振荷載與干密度間關(guān)系，如圖3所示。

圖3 激振荷載與干密度間關(guān)系Fig.3 Relationship between excitation force and dry density

式中：S為激振頭與擊實(shí)筒的接觸面積。

根據(jù)圖3結(jié)果可以看出，當(dāng)振動(dòng)頻率在10～30 Hz區(qū)間時(shí)，隨著激振荷載的增加干密度存在一包絡(luò)區(qū)域。處于上包絡(luò)線上對(duì)應(yīng)此激振荷載作用下最優(yōu)振動(dòng)頻率，相反下包絡(luò)線代表激振荷載的振動(dòng)頻率最低值。以Ps=50 kPa為例，可以看出，在包絡(luò)區(qū)域內(nèi)，試樣干密度由大到小對(duì)應(yīng)的頻率依次為25，30，20和15 Hz，使得干密度最大頻率恰好處于最優(yōu)頻率區(qū)間25～30 Hz。

對(duì)比水平向關(guān)系可以看出，干密度隨激振荷載的增加呈“S”型增長(zhǎng)，即緩慢增加?迅速增加?趨于平穩(wěn)3個(gè)階段，“S”型曲線的2個(gè)拐點(diǎn)分別記為第1臨界荷載(CL1)和第2臨界荷載(CL2)。以下包絡(luò)線為例，第1臨界荷載CL1約為20 kPa，當(dāng)激振荷載小于此臨界荷載時(shí)，此時(shí)粗粒土填料受到的動(dòng)應(yīng)力較小，顆粒振動(dòng)響應(yīng)較弱，此時(shí)壓實(shí)主要是由于靜載作用。當(dāng)激振荷載大于第1臨界荷載CL1時(shí)，顆粒振動(dòng)響應(yīng)增強(qiáng)，使得土顆粒之間相互摩擦減小，填料能夠得到有效壓實(shí)；當(dāng)激振荷載繼續(xù)增大超過第2臨界荷載L′2時(shí)，約為110 kPa，此時(shí)土體已達(dá)到穩(wěn)定密實(shí)結(jié)構(gòu)，干密度的增長(zhǎng)趨于平穩(wěn)，且由于荷載較大，粗顆粒容易發(fā)生破碎導(dǎo)致填料級(jí)配發(fā)生改變。對(duì)于上包絡(luò)線往往在較小的激振荷載下便能達(dá)到穩(wěn)定密實(shí)結(jié)構(gòu)，這是由于填料的固有頻率與振動(dòng)頻率接近，發(fā)生共振現(xiàn)象，使得實(shí)際振幅增大，顆粒間更加容易發(fā)生重新排列。

綜上所述，確定路基填料最優(yōu)振動(dòng)參數(shù)時(shí)，需同時(shí)滿足2個(gè)條件：1)振動(dòng)頻率為土體最優(yōu)振動(dòng)頻率，2)激振荷載需大于第2臨界荷載。

2.3 振動(dòng)次數(shù)—干密度關(guān)系

為了研究振動(dòng)次數(shù)對(duì)土體壓實(shí)特性的影響，對(duì)振動(dòng)次數(shù)與干密度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。壓實(shí)過程中干密度隨振動(dòng)次數(shù)變化如圖4所示，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如圖5所示。

圖4 不同頻率下振動(dòng)次數(shù)與干密度間關(guān)系Fig.4 Relationship between vibration times and dry density with different frequencies

粗粒土填料在不同頻率壓實(shí)過程中干密度變化隨振動(dòng)次數(shù)均呈現(xiàn)對(duì)數(shù)增長(zhǎng)，壓實(shí)速率隨干密度的增加逐漸變緩。對(duì)比不同頻率壓實(shí)穩(wěn)定所需振動(dòng)次數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)頻率越大所需振動(dòng)次數(shù)越多，這是由于頻率較大時(shí)往往能夠達(dá)到較大干密度，所需能量增加，故需要更多振動(dòng)次數(shù)。當(dāng)振動(dòng)頻率為最優(yōu)振動(dòng)頻率區(qū)間時(shí)，即f∈[25 Hz,30 Hz]時(shí)，合理振動(dòng)次數(shù)n應(yīng)為[2 500,5 000]，對(duì)應(yīng)振動(dòng)時(shí)間t為100～200 s之間。

圖5中還顯示出不同振動(dòng)頻率下干密度與振動(dòng)次數(shù)增加關(guān)系存在相同趨勢(shì)，故對(duì)不同振動(dòng)頻率下壓實(shí)階段進(jìn)行統(tǒng)一劃分。首先對(duì)振動(dòng)次數(shù)和干密度做歸一化處理，計(jì)算公式如式(5)和式(6)。

式中：i為當(dāng)前壓實(shí)狀態(tài)；Δρi為i狀態(tài)的干密度增量；Δρmax為干密度最大增量；記為i狀態(tài)的相對(duì)干密度；ni為i狀態(tài)的壓實(shí)次數(shù)；nmax為壓實(shí)穩(wěn)定時(shí)最大壓實(shí)次數(shù)；記為i狀態(tài)相對(duì)壓實(shí)次數(shù)。

歸一化處理后不同壓實(shí)頻率下，相對(duì)干密度ρ*與相對(duì)壓實(shí)次數(shù)n*關(guān)系如圖5所示。

圖5 不同頻率下n*-間關(guān)系Fig.5 Relationship between n*andwith different frequencies

根據(jù)圖5，不同壓實(shí)頻率下相對(duì)干密度ρ*隨相對(duì)壓實(shí)次數(shù)n*增長(zhǎng)均呈線性?非線性?線性的增長(zhǎng)規(guī)律。根據(jù)ρ*將壓實(shí)過程分為3個(gè)階段。當(dāng)ρ*＜0.6時(shí)，為階段Ⅰ，此階段相對(duì)干密度與相對(duì)振次間呈快速線性增加。此時(shí)，材料結(jié)構(gòu)松散，沒有形成牢固的骨架，抵抗整體變形的能力主要由顆粒間摩擦力提供。由于此時(shí)激振力產(chǎn)生的剪應(yīng)力大于填料變形抗力，故振次與干密度能保持線性關(guān)系，并迅速將填料壓密；當(dāng)0.6≤ρ*＜0.9時(shí)，為階段Ⅱ，此階段材料結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)，顆粒間摩擦力逐漸增大并且逐漸形成牢固的骨架。此時(shí)填料抵抗變形的能力逐漸增加，ρ*隨n*的變化速率逐漸變緩，振次與干密度的關(guān)系逐漸由線性向非線性轉(zhuǎn)變；0.9≤ρ*時(shí)，為階段Ⅲ，此階段相對(duì)干密度與相對(duì)振次間呈緩慢線性增加，材料結(jié)構(gòu)達(dá)到相對(duì)密實(shí)狀態(tài)，干密度變化趨于平穩(wěn)。激振力產(chǎn)生的剪應(yīng)力已難以克服顆粒間摩擦力以及顆粒骨架間的支持力，振次與干密度關(guān)系的非線性減弱，干密度極少量增加，看作是由于粗粒土在振動(dòng)壓實(shí)作用下發(fā)生顆粒破碎，破碎后的細(xì)顆粒進(jìn)一步填充了粗粒土骨架孔隙，造成密實(shí)度增加[20]。

3 顆粒破碎對(duì)粗粒土壓實(shí)性能的影響

3.1 級(jí)配演化特性

統(tǒng)計(jì)粗粒土在不同激振頻率下振動(dòng)壓實(shí)后級(jí)配如圖6所示，根據(jù)級(jí)配曲線可以看出擊實(shí)后各粒徑篩孔的通過率皆呈增大趨勢(shì)，并且隨著頻率的增加，級(jí)配的變化程度也逐漸增大。

圖6 不同頻率下振動(dòng)壓實(shí)前后級(jí)配曲線Fig.6 Gradation curves before and after vibration compaction with different frequencies

級(jí)配的改變引起各粒徑組質(zhì)量同樣發(fā)生改變，為分析頻率對(duì)級(jí)配變化的影響，引入質(zhì)量變化率(RMC)對(duì)各粒徑含量變化展開分析，RMC計(jì)算公式如式(7)所示，其中RMC為正值代表顆粒含量增加，RMC為負(fù)值代表顆粒含量減少。

式中：Mi為擊實(shí)后某粒組含量，g；Moi為試驗(yàn)級(jí)配某粒組含量，g。

根據(jù)圖7結(jié)果顯示，當(dāng)頻率為10 Hz時(shí)，此時(shí)頻率較低各粒徑RMC值變化均比較小，主要是由于頻率較低時(shí)，所受到的峰值應(yīng)力較低，顆粒很少破碎。當(dāng)振動(dòng)頻率為15～30 Hz時(shí)，試樣在壓實(shí)前后各粒徑含量均出現(xiàn)明顯變化，對(duì)于20～40 mm顆粒RMC值均為負(fù)，且隨頻率的增大RMC值逐漸減小；10～20 mm和5～10 mm粒徑組范圍內(nèi)RMC值均為正，即破碎造成的質(zhì)量損失小于由較大粒徑組破碎增加的質(zhì)量，故而導(dǎo)致顆粒含量增加；同理2～5 mm間RMC值為負(fù)，即破碎造成的質(zhì)量損失大于由較大粒徑組破碎增加的質(zhì)量，故而導(dǎo)致顆粒含量減小；而對(duì)于小于2 mm顆粒，可以看出RMC值趨于一個(gè)穩(wěn)定值，不隨頻率的改變而改變，證明了破碎后細(xì)顆粒含量的有界性[21]，可以為振動(dòng)壓實(shí)級(jí)配演化過程提供參考。

圖7 不同頻率下粒徑RMC變化Fig.7 Variations of particle RMC with different frequencies

3.2 顆粒破碎特性

為進(jìn)一步描述振動(dòng)壓實(shí)作用下粗顆粒破碎特性，在振動(dòng)頻率為25 Hz，名義振幅為0.3 mm，振動(dòng)時(shí)間4 min工況下進(jìn)行壓實(shí)，并通過染色追蹤的方法對(duì)粗顆粒進(jìn)行標(biāo)記，待壓實(shí)后統(tǒng)計(jì)各粒徑顆粒破碎質(zhì)量，并根據(jù)GUYON[22]提出的分類方法，對(duì)顆粒破碎的類型進(jìn)行劃分為破裂、破碎和研磨3種形式，如圖8所示。

圖8 顆粒破碎類型示意圖Fig.8 Sketch map of particles breakage types

圖9(a)和圖9(b)分別展現(xiàn)出成型后試樣的橫剖面及縱剖面，可以看出染色粗顆粒間并未直接接觸，而是由細(xì)顆粒填充于粗顆粒之間，即懸浮密實(shí)型組構(gòu)[23]，因此未形成以粗顆粒骨架的力鏈，導(dǎo)致粗顆粒間應(yīng)力集中現(xiàn)象減少，難以發(fā)生粗顆粒破裂，主要以研磨、破碎類型為主。

圖9 振動(dòng)壓實(shí)后試樣剖面圖Fig.9 Specimens profile after vibration compaction

為了定量描述振動(dòng)壓實(shí)前后試樣的顆粒破碎程度，采用BOBBY等[24]提出的相對(duì)破碎率Br作為度量指標(biāo)展開分析，計(jì)算公式如式(8)～(10)所示。

式中：d是顆粒粒徑；bp是粒徑d對(duì)應(yīng)的潛在破碎可能性，bp0和bpf分別為壓實(shí)前后土體的bp值；Bp為破碎勢(shì)，Bt為破碎量；df為bp對(duì)應(yīng)粒徑的篩分通過率；Br為土體的相對(duì)破碎率。

求得試樣在不同頻率下振動(dòng)壓實(shí)后的破碎率Br并繪制破碎率與頻率、干密度關(guān)系圖如圖10所示，可以看出破碎率隨頻率的增大而增大，與頻率和干密度間關(guān)系呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，并在振動(dòng)頻率為最優(yōu)頻率區(qū)間時(shí)破碎率出現(xiàn)最大值，說明破碎率與填料的密實(shí)程度有關(guān)，即干密度越大，顆粒破碎率越大，但破碎量的增加往往會(huì)改變填料的物理力學(xué)性質(zhì)，所以使用最優(yōu)振動(dòng)頻率對(duì)土體壓實(shí)時(shí)應(yīng)考慮顆粒破碎對(duì)壓實(shí)性能造成的影響。

圖10 頻率與破碎率、干密度的關(guān)系Fig.10 Relationships between frequency and broken rates

4 結(jié)果討論

現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)壓路機(jī)的工作參數(shù)除振動(dòng)頻率、名義振幅外還包括碾壓速度、碾壓遍數(shù)；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際碾壓速度和碾壓遍數(shù)需根據(jù)室內(nèi)振動(dòng)次數(shù)結(jié)果進(jìn)行確定。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)需注意以下事項(xiàng)：

1)填筑路基時(shí)，應(yīng)確保填料粗細(xì)顆?；旌暇鶆?，避免出現(xiàn)粗細(xì)顆粒集中出現(xiàn)，引起路基壓實(shí)不均勻[25]。

2)確保現(xiàn)場(chǎng)填料含水率為最優(yōu)含水率，防止由含水率不足或過多，引起路基欠壓實(shí)或粗細(xì)顆粒發(fā)生離析。

3)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行1～2次靜壓使壓實(shí)度達(dá)到80%并攤鋪平整，防止振動(dòng)壓路機(jī)實(shí)際振幅過大造成壓路機(jī)使用壽命減小[26]。

由于室內(nèi)條件與現(xiàn)場(chǎng)邊界條件的不同，室內(nèi)完全側(cè)限條件下更有利于壓實(shí)，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏大，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)需適當(dāng)增加振動(dòng)次數(shù)。

5 結(jié)論

1)振動(dòng)擊實(shí)頻率對(duì)干密度的影響可分為3個(gè)階段：10 Hz≤f<15 Hz，緩慢增加；15 Hz≤f<25 Hz，迅速增加；25 Hz≤f<30 Hz，共振，并確定高速鐵路B組填料最優(yōu)振動(dòng)頻率為25～30 Hz。

2)振動(dòng)壓實(shí)激振力對(duì)干密度的影響同樣可以分為3個(gè)階段：0≤PsCL2=110 kPa。

3)振動(dòng)壓實(shí)次數(shù)對(duì)干密度的影響仍然劃分為3個(gè)階段：0≤ρ*＜0.6，快速線性增加階段；0.6≤ρ*＜0.9，非線性增加階段；0.9≤ρ*<1,緩慢線性增加階段，此階段材料達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。最優(yōu)振動(dòng)頻率及激振荷載作用下，B組填料合理振動(dòng)次數(shù)n為2 500～5 000次之間。

4)顆粒破碎造成的小于2 mm顆粒的RMC值趨于穩(wěn)定，證明了顆粒破碎的有界性；顆粒破碎類型以研磨破碎為主，顆粒破碎率隨頻率的增加而增加，在最優(yōu)頻率區(qū)間出現(xiàn)最大值。