中铁六局集团有限公司交通工程分公司 北京市 100071
摘要：随着压实遍数的增加，振动波在填料中沿水平方向传播的加速度峰值衰减率逐渐降低。振动波自振动轮至填料传播过程中，基波、一次谐波到五次谐波幅值呈指数分布，且有严格的指数函数相关性；对振动信号进行Ｈｉｌｂｅｒｔ－Ｈｕａｎｇ变换，随着压实遍数的增加，振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐增加；随着振动压路机行驶速度的增加，振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐降低。
关键词：高速铁路；路基压实；压实参数；演化特征
1.实验方案设计
为研究不同压实参数下振动波的演化特征，在京雄城际铁路固安东站规划200m×100m（长度×宽度）试验场地。路基填筑高度为5m，两侧斜坡的坡率为1：1.75，填料为AB组角砾料，填料的级配见图1。
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图1颗粒级配曲线
1.1试验设备及其布置要求
本次试验采用振动压路机为三一重工SSR260C-6单钢轮压路机，振动压路机的工作质量为26.7t，振动轮分配质量为17.1t，驱动桥分配质量为9.6t。振动压路机的振动频率分别为弱振和强振。振动频率为27-31HZ，振动幅值为1.03-2.05mm。振动轮的直径为1700mm，振动轮的宽度为2170mm，振动轮轮圈厚度为40mm。加速度传感器采用东华的三向加速度传感器1C303，量程为±16.0g。由于测试仪器的正确安装、埋设以及使用会对试验的精确性产生影响，因此要对传感器进行必要的防水和保护措施。在试验准备阶段，在传感器表面涂上一层酸性玻璃胶将其密封。由于三向加速度传感器对埋设方向具有较高的要求，本次试验在三向加速度计的底面粘贴了一块5cm×5cm×1mm质量较轻、刚度较大的薄板，防止振动压实过程中加速度出现较大的转动[1]。
1.2测点布置情况
本次试验在工作车道和相邻车道填料中分别埋设了6个加速度传感器，在振动轮上布设了1个加速度传感器，传感器测点的埋设示意见图2。鉴于篇幅限制，本文选取了测点1、2、3开展研究。其中，测点1和测点2分别布设振动压路机工作车道和相邻车道填料，其埋深为5cm，采集压实过程中工作车道和相邻车道的加速度相应；将无线加速度传感器安装于振动压路机的振动轮机架上，记为测点3，采集振动轮的加速度响应。数据采集设备采用东华测试32通道动态数据采集设备DH5922D，采集频率均大于2000HZ。
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图2传感器埋设测点示意（单位：m）
2.实验结果
为了研究振动波在传播过程中各参数对振动波演化特征的影响，以传感器为中心前后10m范围进行压实试验，试验在3个试验区段分3次进行，每组试验进行两遍弱振一遍强振（一去一回为一遍），重复3次。考虑到在路基压实过程中，振动压路机的行驶速度对填料压实度有一定的影响，鉴于现场智能无人驾驶压路机的行驶速度为3.0-4.0km/h，本文选取行驶速度为3.0、3.5、4.0km/h共3个工况进行试验。
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图3振动轮及各填料各测点加速度峰值变化曲线
2.1加速度峰值传播规律及水平方向衰减率
不同压实参数下，振动轮及填料各测点的加速度峰值变化曲线件图3。由图3可见，振动压路机强振压实时，振动轮及填料各测点的加速度峰值明显大于弱振，其加速度峰值约为弱振的两倍。随压实遍数的增加，各测点加速度大致呈现出增大的趋势。在不同行驶速度下，振动轮加速度峰值随着振动压路机行驶速度的提升而增大，而测点１的加速度峰值在弱振工况下随着行驶速度的提升而减小，在强振工况下则随着行驶速度的提升而增大；测点2在第一遍压实到第五遍压实时，行驶速度为3.0km/h时加速度峰值最大，行驶速度为3.5、4.0km/h时的加速度峰值大致相等。测点2在第五遍到第九遍压实时，行驶速度为3.5km/h时加速度峰值最大，行驶速度为3.0km/h时弱振加速度峰值略微大于4.0km/h时的，强振加速度峰值大致相等。与振动轮和测点1相比，测点2加速度峰值受行驶速度影响并无明显规律[2]。
为进一步说明振动波自振动轮到测点１再到测点２的传播过程，分别以振动轮与测点１之间的加速度峰值差值比上振动轮的加速度峰值为振动轮至测点１加速度峰值衰减率，同理表示测点1至测点2的衰减率。
随着压实遍数的增加，在弱振工况下，行驶速度越快加速度峰值衰减率越低。而强振工况相反，其加速度峰值衰减率随行驶速度的增加而减小。对比强振工况和弱振工况来看，强振加速度峰值的衰减率远小于弱振的衰减率。振动波自测点１至测点２水平传播过程中加速度峰值衰减率与行驶速度无明显关系，随着加压路机压实遍数的增加，加速度峰值衰减率有明显的下降趋势。
2.2各测点加速度频谱特性分析
为研究不同行驶速度下，振动轮和测点１加速度时程曲线频谱特性的演化规律，将振动轮和测点1实测加速度进行快速傅里叶变换，得到基波和各次谐波的频率和幅值分布。强振工况下的基波的频率小于弱振工况下基波的频率。随着行驶速度的增加测点1和振动轮呈现相同的规律，即振动压路机的行驶速度越快振动轮和测点1基波的频率越小。随着振动压路机压实遍数的增加，振动轮和测点1的基波的频率逐渐降低，整体呈下降趋势。
3.结论
（１）振动压路在工作过程中，压路机的行驶速度越快则填料的加速度峰值就越小，振动轮的加速度峰值就越大。随着振动压路机行驶速度的增加，由振动轮到填料传播过程中的加速度衰减率逐渐增加，振动波在填料中沿水平方向传播的加速度峰值衰减率随着压实遍数的增加而逐渐降低。
（２）基于傅里叶变换，振动波在振动轮和填料中随着振动压路机的行驶速度增加呈现相同的规律，即随着压路机的行驶速度加快，振动轮和填料所对应的基波的幅值降低。振动压路机在不同速度行驶下，振动轮和填料振动波的基波和一次谐波到五次谐波幅值呈指数分布，且有严格的指数函数相关性。
（３）在振动压路机工作过程中，对振动波原始信号进行Ｈｉｌｂｅｒｔ－Ｈｕａｎｇ变换，得到不同速度下的边际谱。振动波在振动轮中的能量集中于25HZ附近，振动波在填料中的能量集中于50HZ附近。从边际谱来看，振动波在传播过程中，振动波能量峰值的频率增加，且随着压实遍数的增加，振动轮和填料的能量峰值逐渐增加，随着振动压路机的速度加快，振动轮和填料的能量峰值逐渐降低[3]。
参考文献：
[1]闫国栋.高速铁路路基连续压实质量控制研究[D].中南大学，2010.
[2]程远水.路基压实参数相关关系及改良土控制指标的研究[D].铁道部科学研究院，2007.
[3]吴明友.铁路路基填料分类及压实标准研究[D].西南交通大学，2005