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第二章 压实机械设计§2.1压实的基本知识与理论一、概述1.压实机械的功能：（1）向被压实材料施加作用力使其颗粒相互靠近，排除空气和水，提高密度，获得高的承载能力，高的水稳定性，及高的环境变化稳定性；（2）获得平整的表面。2.压实机械的压实方法（1）静力压实；（2）振动压实；（3）夯实；（4）其它压实：如冲击压实、振荡压实等。压实过程中需克服的阻力有：土颗粒间磨擦阻力（随密实度上升而上升）；土颗粒间粘聚力（视颗粒尺寸而不同）；颗粒间的吸附力（颗粒间由于水份表面张力引起的阻力）。§2.1压实的基本知识与理论3.压实机械的类型（1）静力压路机静力钢轮压路机：二轮二轴式、三轮二轴式等；静力轮胎压路机：拖式、半拖式、自行式 ；静力钢轮胎组合式、特殊形状轮式。§2.1压实的基本知识与理论（2）振动压路机双钢轮串联式、单钢轮式、拖式、羊足式（凸块式）。§2.1压实的基本知识与理论（3）夯实机械打夯机、振动平板夯、 蛙式夯实机等。§2.1压实的基本知识与理论（4）其它型式压路机振荡压路机、冲击式压路机等。§2.1压实的基本知识与理论二、静力钢轮滚压理论 1.光面轮在被压实材料上滚压过程分析 （1）在垂直方向：滚压重量（2）在水平方向：牵引力二、静力钢轮滚压理论（3）滚动阻力系数：式中：C—下陷系数，相对于滚压下陷1cm时的单位压力 （注：铺筑材料不是线性变形体，其变形与 应力之间关系，为指数函数关系：σ=Cyμ， σ为应力，y为变形） μ—材料状况系数；（对湿度大呈流体状态土： μ=0；对塑态粘土和干砂土：μ=0.5；对干 粘土和已压实路面：μ=1） b—压轮宽度；D—压轮直径； h—垂直变形深度； h0—弹性变形。二、静力钢轮滚压理论（4）由上式推出被压实材料变形压陷深度：其中： 称为压实能力系数（5）从公式中分析可得结论：①压路机质量G越大，压轮直径D越小，则压陷深度越大，因此若要加大压实能力可增大G或减少D；②在线载荷不变的情况下，滚动阻力系数f随D减少而增大，因此若要减少D会造成滚动阻力过大。 二、静力钢轮滚压理论2.当压路机压轮在同一轮迹往复运行时，压实深度h、牵引力F、滚动阻力系数f与滚压遍数n间关系：经验公式：其中：h1、F1、f1—第一遍时的下陷深度、牵引力、滚动阻力系数；α、α0、β—比例常数；n—滚压遍数。由此可见，随着滚压遍数n的增加，被压实材料的压实度有所增加，永久变形减少，经过一定遍数后，被压材料的不可逆变形下陷量h、牵引力F和滚动阻力f实际趋于稳定基本不变（当n足够大时，lgn→常数，基本不变）。此意味着压实结束，当要增加压实度时应增大压实重量，但受被材料强度所限。二、静力钢轮滚压理论3.按圆柱面与平面挤压理论分析按圆柱面与平面挤压理论，圆柱体与平面挤压所产生的最大接触应力为：其中，q—线载荷；R—圆柱体半径；θ1、θ2—圆柱体与平面的弹性系数。经分析计算及试验验证可得，对于滚动压轮：其中，q—线载荷；E0—土壤变形模量；R—压轮半经二、静力钢轮滚压理论压实过程中，其最大接触应力应小于材料的强度极限即： 其中：σP—被压实材料强度极限， 见表7—3、7—4。 增大压轮半径R可降低最大接触应力。 表7—3土壤种类最佳含水量下强度极限σp /MPa滚压夯实夯板直径70~100cm光面钢轮轮胎低粘性土（粉土、沙、亚沙土）0.3~0.60.3~0.40.3~0.7中等粘土（亚粘土）0.6~1.00.4~0.60.7~1.2高粘土（重粘土）1.0~1.50.6~0.81.2~2.0极粘性土（粘土）1.5~1.80.8~1.02.0~2.3二、静力钢轮滚压理论其它材料许用接触应力（MPa） 表7-4被压实材料种类压实开始时压实终了时碎石路基0.6~0.73.0~4.5砾石路基0.4~0.62.5~3.0热沥青混凝土0.4~0.53.0~3.5水泥稳定土0.3~0.44.0~5.0沥青稳定土0.3~0.41.0~1.5二、静力钢轮滚压理论4.从滚压轮垂直有效作用压实深度（土壤均匀变形深度）看，滚压时的有效压实深度近似地等于两倍的压轮与土接触表面最小横向尺寸。即：有效压实深度对粘性土： 对非粘性土：其中：W—土的实际含水量； W0—土的最佳含水量。分析：从上式可见，增大q和R可增大作用深度。二、静力钢轮滚压理论5.综合分析(1)若要取得较大压实能力（使被压材料产生尽可能大变形），则应使线载荷q上升D下降；(2)若要取得较大压实作用深度，则应使q上升D上升；(3)一般处理原则：增大压实能力依靠增大压路机重量，提高q实现；为提高压实深度取尽可能大的压轮直径D，它不仅有利于提高压实影响深度，还有利于提高平整度，降低滚动阻力。三、振动压实理论 1.内部摩擦