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原文传递振动轮下土壤的动力响应仿真及试验研究

论文题名：	振动轮下土壤的动力响应仿真及试验研究
关键词：	振动压路机;振动压实;公路施工
摘要：	在公路施工过程中，由于人们对压实技术认识和掌握的不够，或工艺不合理等原因，经常发生压实质量不符合要求而返工的现象，不仅造成施工企业严重的资金浪费和工期延误，给工程施工造成一定的困难，而且由于路基路面压实不足常常导致路面沉陷，产生裂纹、坑槽、车辙等各种早期破坏，直接影响公路的服务水平。人们通过开发和研制新型的振动压实机具，改进施工工艺等措施来提高振动压路机的能量利用率，提高路基的压实质量，所涉及的核心问题是振动轮与土壤的相互作用问题。因此，将机械工程和土壤力学有机结合，深入研究振动轮与土壤的相互作用机理及作用方式，了解振动轮下土壤的动力行为、振动轮的动态响应特性及地面振动传播规律，并采取有效的应对措施，对提高我国的振动压路机设计水平和施工质量，营造文明的公路施工环境，促进国民经济建设，具有十分重要的意义。论文对级配土的强度特性及应力应变特性进行了直剪试验和动三轴试验，研究级配土的粘聚力和内摩擦随土壤干密度、含水量的变化规律，发现级配土的粘聚力和内摩擦角取对数后与土壤干密度、含水量具有较好的线性关系。振动荷载下，土壤的动应力～动应变关系受固结应力、干密度和含水量的影响较大，在低固结应力时，土壤的动应力～动应变近似呈线性关系。建立了振动压实过程的三维有限元模型，在模型中考虑了振动轮与土壤相互作用的非线性特性，研究了在不同振动频率、振幅及碾压速度下土壤的应力应变分布规律及衰减特性以及对振动轮动态响应和振动轮接地性能的影响。结果表明，振幅和土壤密实度是影响土壤应力分布规律的重要因素，增加振幅可以显著提高振动压路机的压实能力和深度效应。随着压实遍数的增加，应适当提高碾压速度，提高压实效率。建立了振动轮引起的地面振动模型，分析了振动波的时域特性、频域特性以及随距离的衰减特性。结果表明，在振动波传播过程中，不同距离处的振幅发生了明显的衰减，但基频与振动频率保持一致。振动波的振幅在近距离处衰减较快，较远处衰减较慢，随距离的衰减规律符合负幂函数形式α=κ·γ-β。建立了隔振沟有限元模型。隔振沟是简单而有效的隔振措施之一，振动波经过隔振沟后发生明显衰减，振动频率和隔振沟深度是影响衰减程度的重要因素。隔振沟越深，隔振效果越明显：振动频率较高时，隔振效果较好。在设计时，应视现场被保护对象类型及实测结果确定隔振沟深度，隔振沟应靠近振动压实带开挖。为了验证模型的正确性，对宝马光轮压路机BW219DH-3和拖碾YZTK18施工时产生的地面振动及隔振沟的隔振效果进行了现场测试与分析。结果表明，振动波的振幅随距离发生了明显的衰减，基频与振动频率保持一致，振动波的衰减规律符合负幂函数形式，隔振沟隔振效果明显，隔振沟深度为1m时即可满足当地公路安全施工要求，安全施工距离从隔振前的12m减少到7m。
作者：	张志峰
专业：	机械设计及理论
导师：	冯忠绪
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文