Toward reliable vibratory compaction control: Integrating full-scale testing and advanced finite element analysis

QC 260812

Abstract

Vibrationspackning används i stor omfattning för att förbättra bärförmågan och styvheten hos jordkonstruktioner. Kvaliteten hos ett packat lager kontrolleras traditionellt med punktvisa försök, till exempel statiska plattbelastningsförsök (PLT), som ger begränsad yttäckning. Yttäckande packningskontroll (eng. continuous compaction control, CCC) hanterar denna begränsning genom att härleda intelligenta packningsmätvärden (eng. intelligent compaction measurement values, ICMV) från responsen hos en instrumenterad vält. Den praktiska användningen av CCC för kvalitetssäkring begränsas dock fortfarande av osäkra samband mellan ICMV och deformationsmoduler från PLT, av en ofullständig fysikalisk tolkning av vältresponsen och av det begränsade antal mätningar som normalt finns tillgängliga för kalibrering.

I denna avhandling undersöks tillförlitligheten hos CCC-baserad kvalitetssäkring av vibrationspackning genom en kombination av fullskaleförsök, finita elementanalys och maskininlärning. Fem fullskaleförsök utfördes i Dynapacs packningslaboratorium i Karlskrona på ett 1 m tjockt lager av välgraderat grus. Två enkelvalsvältar, två plattdiametrar för PLT och olika packningstillstånd undersöktes, och sexton ICMV jämfördes med deformationsmodulen från PLT. En tvådimensionell finita elementmodell av systemet vält–jord under plant töjningstillstånd implementerades med fyra konstitutiva modeller, från linjär elasticitet till hypoplasticitet med intergranulär töjning. Slutligen utvärderades sex regressionsalgoritmer på 60 prover i en flermålsformulering för samtidig skattning av 𝐸𝑣1 och 𝐸𝑣2.

Fullskaleförsöken visar att mekanikbaserade ICMV, särskilt vibrationsmodulen under lastfasen, ger starkast korrelation med 𝐸𝑣2. PLT-plattan med 600 mm diameter ger starkare och mindre spridda korrelationer än 300 mm-plattan, och den lättare välten ger starkare korrelationer än den tyngre. Den numeriska studien visar att hypoplasticitet med intergranulär töjning ger den mest konsekventa beskrivningen av cyklisk förtätning, styvhetsutveckling och lastnings–avlastningsrespons. Den visar också att influensdjupet beror på vilken responsstorhet som används, där densitetsrelaterade kriterier ger större djup än kriterier baserade på sättning. I simuleringarna har vibrationsmodulen ett tydligare samband med det slutliga densitetstillståndet än CMV eller OMEGA, medan den normaliserade reduktionen av portalet bidrar till att beskriva den utnyttjade delen av den tillgängliga packningspotentialen. Maskininlärningsstudien visar att utvalda responsegenskaper ger bättre prediktion av 𝐸𝑣2 än fördefinierade ICMV. Bland de testade algoritmerna ger TabPFN de bästa övergripande skattningarna av 𝐸𝑣2, medan multi-output-ramverket också gör det möjligt att uppskatta kvoten 𝐸𝑣2/𝐸𝑣1. Resultaten visar både möjligheten och de kvarstående begränsningarna med CCC-baserad kvalitetssäkring av vibrationspackning.

Link to DiVA