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压实原理

发布日期:

2016-07-05 09:23

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    1.土的压实
    
    压实是通过施加外力使被压实材料提高压实度的过程。
    在压实过程中,土颗粒产生运动并重新组合,被迫排出积在土颗粒间的空气,
粗颗粒土中的水也被排出。
    有效的压实使得被压实材料的压缩系数大大降低,支撑能力提高,减少沉陷,
且在提高土的压实度的同时获得较高的剪切强度。压实后,土的剪切强度大约能提
高40%,因而大大提高了被压实材料的承载能力,降低了渗水性。
    
    2.土的压实原理
    
    目前,虽然积累了许多土的压实实践经验,许多学者也进行了大量的土的压实
试验研究并取得了许多可喜成果,但距土的压实理论的完成仍差得很远。
    
    土的压实原理可归纳为四种:静作用压实、冲击压实、振动压实和振荡压实。
    
    (1)静作用压实光轮压路机和轮胎压路机,靠自重压实土都属于静作用压实。
    为了获得较高的压实度,必须促使土颗粒产生位移或运动,达到土结构紧密
的目的。依靠静载荷压实土时,土颗粒之间的摩擦力会阻止土颗粒大范围地运动
。随着静载荷的增加,颗粒间的摩擦力也会增加。因此,静作用压实有一个极限
的压实效果和影响深度,无限地增加静载荷,并不能得到相应的压实效果,反而
会破坏表层土的结构。
    
    (2)冲击压实利用振动冲击夯自由落体产生的冲击力进行工作。当振动冲击
夯与土的表面接触时,冲击力产生的压力波传人土中,使土颗粒运动,冲击载荷的
影响深度比静载荷的影响深度要大。如果落体从20cm的高度落到土的表面,其冲
击力大约为基体产生静压力的50倍。所以,冲击压实比静作用压实的压实效果好。
    
    (3)振动压实振动压实用快速、连续、反复冲击土的方式工作。压力波从土
的表面向深处传播,土颗粒处于振动状态,颗粒间的摩擦力实际上被消除,在这种
状态下,小的土颗粒充填到大颗粒的孔隙中,土处于容积尽量小的状态。
    
    不同时产生压力的振动,能在一些情况下获得好的压实效果。如混凝土或完全
水饱和砂,由于振动消除了内摩擦力,因受重力影响,这些材料被固结密实。
    用带有压力和剪切力的振动去克服土颗粒间的赫着力和内聚力是很有必要的,
这是因为这些力总是阻碍土的压实。在土中,“毛细管”(土的毛细性形成)把土
颗粒连接在一起,并形成表面内聚力,此力随土颗粒尺寸的减小而增大。在薪土
中,由于黏土颗粒之间分子力的作用,也形成内聚力。
    
    土的振动压实,必须具备下列条件才能得到理想的压实效果:
    
    1)土颗粒处于运动状态,内摩擦力被消除。
    2)在土中产生应力和内聚力。
    
    关于土的振动压实有三种学说:
    
    1)土的共振学说。根据物理学原理,如果被压实土的固有频率和激振机构振
动频率相一致,则振动压实能得到最好效果。但在不同种土或一种土的实际压实过
程中,土的固有频率是变化的,因此激振机构的频率就必须有一个较大的调节
范围。
    2)重复冲击学说。利用振动在土上所产生的周期性压缩运动使土压实,这就
需要使机械具有大振幅和增大振动部分的质量,来增大机械与土接触前一瞬间的
动量。
    3)内摩擦减小学说。土的内摩擦因振动作用而急剧减小,这使剪切强度下降
到只要很小的负荷就能很容易进行压实,为此就需要使压轮在振动过程中始终保持
与土的接触,即土的振动频率、振幅与压轮的频率、振幅相同,才能得到最好的压
实效果。在这种情况下振动压轮传递给土的全部是振动能量,为了使压轮达到这样
一种工作状态,就必须使振幅很小,使它不脱离地面。
    (4)振荡压实振荡压实是将压轮产生的扭振力施加于土上,以水平方向的
交变剪切力激励土体,使土产生水平方向的振动,并在交变剪切应变及压轮静载荷
作用下得以压实。
 
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