[發明專利]一種基于離散元方法獲取無粘性路基土振動壓實值的方法

有效

• 申請號: 201910247572.2
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109918843B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 馬濤;范劍偉;薛志超;彭存旺;王小龍;孔令弟;李正博;孫凱峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明公開了一種基于離散元方法獲取無粘性路基土振動壓實值的方法。本發明的方法包括：(1)實地調研及試樣采集分析；(2)無粘性路基土離散元模型構建；(3)壓輪離散元模型構建；(4)壓輪豎向位移?時間曲線獲取；(5)壓輪豎向加速度?時間曲線計算；(6)CMV值計算。本發明提出了基于PFC2D軟件獲取無粘性路基土振動壓實過程中CMV值這一思路，在具體設計時，參考了大量相關規范，在離散元軟件PFC2D中建立路基土?壓輪模型，應用matlab軟件分析仿真中所得數據，以得到無粘性路基土振動壓實過程中CMV值。

技術領域：

本發明涉及一種基于離散元方法獲取無粘性路基土振動壓實值的方法，屬于公路路基填筑工程技術領域。

背景技術：

路基是路面的基礎，主要承受車輛和道路結構自重兩類荷載，若在施工中路基壓實不滿足相應要求，或致通車后路基在荷載下變形過大，導致路面出現嚴重病害，影響道路使用性能。因此，必須保證路基各項壓實指標符合規范標準。路基壓實狀況傳統上以壓實度表征，需在完成壓實后現場測試。但隨著智能振動壓實的發展，在壓實過程中實現壓實效果的實時準確監測成為了目前重要的發展方向。目前常用的評價指標是以“振動壓實值”(Vibratory?Compaction?Values，簡稱CMV)作為檢測指標，并通過試驗路現場實測，標定某路段CMV值與壓實度指標之間的關系。現有技術均為現場實測振動壓路機豎直方向加速度信號，基于此得出CMV值，對于不同路基土均需進行現場實驗，成本較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于離散元方法獲取無粘性路基土振動壓實值的方法，為后續通過數值模擬得出振動壓實值與壓實度之間的回歸關系，較為便利，節省現場實驗成本，減輕現場實測工作量。

上述的目的通過以下技術方案實現：

一種基于離散元方法獲取無粘性路基土振動壓實值的方法，該方法包括如下步驟：

(1)實地調研及試樣采集分析：在需要對無粘性路基土進行振動壓實的現場進行實地調研，取樣檢測此處無粘性路基土的路基土級配曲線、孔隙率、含水率、最大干密度、變形模量、內摩擦角參數；

(2)無粘性路基土離散元模型構建：參考步驟(1)所得的路基土級配曲線、孔隙率、含水率、最大干密度、變形模量、內摩擦角參數，確定PFC2D軟件中路基土離散元模型的顆粒級配情況，并通過數值實驗以試錯法標定顆粒間的微觀接觸參數；

(3)壓輪離散元模型構建：在PFC2D軟件中建立與實際壓輪等半徑的壓輪模型，并根據實際振動壓實工況中壓輪對路基土靜壓力的大小、振動中激振力大小和頻率、壓輪轉速，對所構建的壓輪模型賦予相應參數；

(4)壓輪豎向位移-時間曲線獲取：上述步驟(2)(3)中已在PFC2D軟件中建立振動壓實中路基土-壓輪離散元模型，運行此模型，測量壓輪豎向位移-時間曲線；

(5)壓輪豎向加速度-時間曲線計算：在matlab軟件中對步驟(4)中獲取的壓輪豎向位移曲線，進行二次求導，得出壓輪豎向加速度-時間曲線；

(6)CMV值計算：在matlab軟件中對步驟(5)中獲取的壓輪豎向加速度-時間曲線進行離散傅里葉變換(fft變換)，得出壓輪豎向加速度的頻域圖，在頻域圖中可見基頻與高次諧頻，從而可由其幅值間的比值關系得出CMV值。

所述的一種基于離散元方法獲取無粘性路基土振動壓實值的方法，步驟(2)中所述路基土離散元模型中選用球體作為模擬路基土的顆粒類型，其級配按照實測路基土級配曲線給定。

所述的一種基于離散元方法獲取無粘性路基土振動壓實值的方法，步驟(3)中所述在PFC2D軟件中建立與實際壓輪等半徑的壓輪模型的過程中，壓輪以單獨的一個球體模擬，其半徑與實際工程中所用壓輪半徑一致，設置其密度使模型壓輪自重等于壓路機壓輪靜壓力，在模擬壓輪所用球體的中心施加外力,其峰值與頻率均與實際激振力相一致，設置球體的轉速使其符合實際壓輪轉速。