高速铁路路基连续压实控制指标与控制机理研究

针对连续压实控制技术中的难点和不足，本项目采用动力学与控制理论方法，进行高速铁路路基连续压实控制指标与控制机理的研究。首先从路基结构力学性能指标的基本定义出发，根据散粒体碾压成型过程中的状态变化特征，建立路基压实过程中能够反映压实状态变化的指标评定体系；其次通过动力学分析，建立路基结构抗力与压路机动态响应之间的相关关系，给出抗力信息的计算方法；最后研究基于路基结构抗力指标体系的反馈控制机理，研究压实机具的振动参数、路基压实程度以及压实稳定性的控制准则，提出连续压实控制与常规控制相结合的综合控制法。研究成果将建立以路基结构抗力信息为控制指标的连续压实动态控制理论体系，为发展适用于高速铁路路基压实质量过程控制的应用技术提供理论支撑。成果可以转化为实用技术，不但可以用于铁路路基、还可应用于公路路基、机场工程等领域，对于提高填筑工程的碾压质量具有促进作用。

高速铁路对路基结构提出了更高的要求，特别是在提高抗变形能力和物理力学性能的均匀性分布方面。而路基结构性能取决于选择优良填料和充分压实，其中压实质量控制是关键要素之一。常规的压实质量控制方法是点式抽样检验控制，存在较多问题，很难控制路基填筑的整体质量，因此需要研究覆盖全面的控制方法。连续压实控制是一类新的控制方法，国外目前主要有早期的瑞典压实计谐波比方法和德国的振动模量方法。但瑞典方法局限性较大，没有普遍应用价值，而德国方法则与专用压路机捆绑在一起且价格昂贵。因此有必要研究一种新的连续压实控制方法，使之具有广泛的适用性是本项目的目标。. 本项目主要在以下方面进行了研究：（1）压实过程中路基结构状态特征及表达方式研究；（2）压实过程中路基结构抗力指标识别研究；（3）基于路基抗力指标的连续压实动态反馈控制机理研究；（4）试验验证研究。. 通过这些研究，得到如下重要结果：（1）提出了采用路基结构抵抗力进行填筑碾压质量控制的指标体系，解决了路基填筑碾压过程中采用何种指标进行连续控制问题，即避开了瑞典压实计方法的局限性，又避免了德国方法求取振动模量所需较多参数和需要专用振动压路机的问题，可以装配在所有性能稳定的振动压路机上。不但适用于高速铁路路基压实质量控制，还可以广泛应用于普通铁路路基、公路路基面层、机场、大坝、工业厂房地基、填海造地等诸多填筑工程领域的压实质量控制上。打破了国际上少数国家对这项技术的垄断，为国内开展这方面的工程应用奠定了基础，并且还可以为智能压路机的研发提供技术支撑。（2）根据动力学分析结果，提出了多方面的控制内容，即振动压实工艺监控、压实程度控制、压实稳定性控制和压实薄弱点控制等，为全面提高路基填筑碾压质量提供了新的技术途径，弥补了目前高速铁路路基填筑碾压传统控制方法的不足之处。（3）本项研究成果被纳入有关国家行业标准中。. 本项研究在理论上是“一个刚性圆柱体在弹塑性体上移动和振动状态下所引起的动力学问题”，属于复杂的接触动力学范畴，尚无理想的解答。在应用上的主要难点是如何解决连续控制指标与常规检测指标的一致性问题。因此本项目在选择何种简化力学模型、如何进行信息处理、如何进行反馈控制等方面进行了系列研究，解决了工程上进行应用的关键技术，形成的应用技术已在高速铁路建设中开始应用。