Экспериментальные исследования по уплотнению грунта вибрационным катком HAMM 3411

Введение. Для оценки влияния различных факторов на результат уплотнения грунта вибрационным катком используется математическое моделирование. Верификация математической модели осуществляется сравнением её с результатами экспериментальных исследований. Расширение перечня моделей катков в экспериментальных исследованиях позволяет расширить диапазон условий для верификации математической модели. В статье представлены результаты полевых экспериментальных исследований уплотнения грунта вибрационным катком HAMM 3411. Получены данные по изменению значения динамического модуля деформации грунта E_vd от количества проходов катка при уплотнении песчано-гравийной смеси толщиной слоя 0,5 м. Выявлены особенности, которые целесообразно учитывать при проведении дальнейших экспериментальных исследований.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования размаха вертикальных перемещений вальца, а также вертикальных ускорений вальца и его рамы выполнялись на вибрационном катке HAMM 3411 при уплотнении песчано-гравийной смеси. Результат уплотнения грунта после каждого прохода оценивался значением динамического модуля деформации E_vd, измеряемым при помощи установки динамического нагружения ZORN ZFG 3.0. В эксперименте вертикальные перемещения вибрационного вальца регистрировались при помощи лазерного датчика BAUMER OADM 13U6480/S35A. Ускорения колебаний вибрационного вальца и рамы вальца регистрировались пьезоэлектрическими акселерометрами моделей АР2099-100 и АР99-100. При обработке показаний датчиков использовалась технология цифровой обработки сигналов – фильтры низких частот с граничной частотой 200 Гц.

Результаты. Исследования выполнялись на двух участках с различной влажностью грунта. На участке с переувлажненным грунтом в диапазоне значений E_vd = 10…13 МПа, амплитудные значения вертикальных ускорений вальца находились в диапазоне от +20…+45 до -25…-43 м/с², а рамы в диапазоне от +2,5…+5 до -2…-5 м/с². Размах колебаний вибровальца на участке с переувлажнённым грунтом составил 3,3…4,8 мм. На участке с грунтом с близкой к оптимальной влажности, в диапазоне значений E_vd = 18…28 МПа, амплитудные значения вертикальных ускорений вальца находились в диапазоне от +36…+48 до -35…-40 м/с², а рамы в диапазоне от +3,5…+6 до -2…-4,5 м/с².

Обсуждение и заключение. Полученные результаты показывают, что размах колебаний вальца, а также амплитудные значения вертикальных ускорений вальца и рамы вальца незначительно возрастают при увеличении модуля деформации грунта E_vd. Результаты проведённого эксперимента коррелируют с исследованиями проводимых на моделях катков. При измерении значений E_vd в одном поперечнике разница между измеренными значениями по оси движения катка и на следе от пневмоколеса достигала 30%. При анализе полученных результатов необходимо учитывать, что в эксперименте фактическая частота колебаний вальца составила 18 Гц, а не 27 Гц, как заявлено в технических характеристиках катка. При таком снижении частоты вынуждающая сила колебаний уменьшится приблизительно в 2,25 раза. Результаты эксперимента помогут в дальнейшей верификации математической модели катка и при проведении экспериментальных исследований аналогичного характера.

1. Костельов М. П. Опять о качестве и эффективности уплотнения различных грунтов современными виброкатками // Каталог-справочник «Дорожная техника и технологии». 2008. С. 12–19.

2. Тюремнов И. С., Игнатьев А. А. О совершенствовании критериев уплотнения дорожно-строительных материалов // Автомобильные дороги. 2010. № 5. С. 67–69.

3. Dobrescu C. The Dynamic Response of the Vibrating Compactor Roller, Depending on the Viscoelastic Properties of the Soil // Applied System Innovation. 2020. Т. 3. №. 2. С. 25.

4. Шабанова Г. И., Савельев С. В., Бурый Г. Г. Математическое описание колебательной системы «вибрационный рабочий орган – грунт» // Вестник СибАДИ. 2013. № 3 (31). С. 101–207.

5. Тюремнов И. С., Игнатов А. А. Математическая модель процесса уплотнения грунта вибрационным катком в режиме постоянного контакта // Современное машиностроение. Наука и образование. 2017. № 6.С. 794–803. DOI 10.1872/MMF-2017-71. EDN YSZWPP.

6. Kenneally B., Musimbi O. M., Wang J., Mooney M. A. Finite element analysis of vibratory roller response on layered soil systems Comput. Geotech. 2015. 67. pp. 73-82.

7. Saberi M., C.-D. Annan, J.-M. Konrad Three dimensional constitutive model for cyclic behavior of soil-structure interfaces. Soil Dyn. Earthq Eng. Times, 134 (2020), Article 106162

8. Fathi A., C. Tirado, S. Rocha, M. Mazari, S. Nazarian Assessing depth of influence of intelligent compaction rollers by integrating laboratory testing and field measurements Transp. Geotech., 28 (2021), Article 100509

9. Facas N.W., van Susante P.J., Mooney M.A. Influence of rocking motion on vibratory roller-based measurement of soil stiffness // Journal of engineering mechanics (American Society of Civil Engineers). 2010. 136 (7). pp. 898–905.

10. Савельев С.В., Бурый Г.Г. Экспериментальные исследования «активной области» деформируемой среды при вибрационном уплотнении // Вестник СибАДИ. 2012. № 5 (27). С. 88–94.

11. Q. Xu, G.K. Chang, V.L. Gallivan Development of a systematic method for intelligent compaction data analysis and management Construct. Build. Mater., 37 (2012), pp. 470-480.

12. Liu D.H., Li, Z.L., Lian, Z.H.: Compaction quality assessment of earth-rock dam materials using roller integrated compaction monitoring technology. Automat. Constr. 44, 234–246. (2014).

13. Han, Yixuan et al. “Study on Intelligent Compaction-Equipment Logistics Scheduling and Propagation Characteristics of Vibration Wave in Nonlinear Systems with Multistability Based on Field Test.” Complex. 2020 (2020).

14. Тюремнов И. С., Иванов С. Н., Краюшкин А. С. Результаты экспериментальных исследований ускорений колебаний вибровальца катка DM-617 с использованием технологии цифровой обработки сигнала // Вестник СибАДИ. 2020. Т. 17, № 2(72). С. 182–195. DOI 10.26518/2071-7296-2020-17-2-182-195.

15. T. Pei, X. Yang Compaction-induced stress in geosynthetic-reinforced granular base course–A discrete element model. J. Rock Mech. GeotechEng. Times, 10 (4) (2018), pp. 669-677.