公路土质路基振动压实特性数值模拟

采用ABAQUS有限元软件模拟压路机振动压实过程,研究不同碾压方式、碾压组合、松铺厚度D和压路机碾压速度V下路基土的动力响应与压实度变化规律。结果表明:不同碾压方式下最大竖向应力(S_(33))_(max)和竖向位移(U_(3))_(max)大小顺序为强振>弱振>静压,(S_(33))_(max)随碾压遍数N增加保持不变,而(U_(3))_(max)和压实度K在N=1时急剧增加;碾压组合对不同碾压方式下路基土体积应力p影响极小,碾压组合中碾压方式排列次序对路基土竖向位移U_(3)变化影响较大;组合1下不同松铺厚度的路基土竖向位移百分比P、压实度K值均大于碾压组合2,不同组合下D=40 cm时P、K值均为最大;在确定的松铺厚度下,碾压组合与碾压速度对P、K具有显著影响,碾压速度较小时P、K更大,但组合1条件下P、K关于碾压速度的差异较组合2显著。

桥台后路堤多级加载下黏弹性饱和成层软土地基一维固结分析

将桥台后路堤荷载简化为横截面梯形分布的半无限条形荷载,基于Boussinesq弹性力学解答推导得到桥台后软土地基内竖向附加应力计算公式,由此考虑初始孔隙水压力非均匀分布特性。结合桥台后路堤多级加载的Laplace变换递推公式,运用Laplace变换及其逆变换方法求解Terzaghi固结与Kelvin黏弹性应力应变联合微分方程,获得桥台后路堤多级加载条件下黏弹性饱和成层软土地基固结变形解答。算例分析结果表明:该解答具有合理性和可靠性,计算结果可为桥台后软土地基沉降分析提供参考。

循环荷载作用下钙质砂动力特性三轴试验研究

为了保障南海岛礁交通基础设施的运营安全,有必要深入探究循环荷载作用下吹填钙质砂的动力特性。针对南海岛礁吹填钙质砂,采用GDS循环三轴仪开展了一系列排水循环三轴试验,定性和定量分析了钙质砂的残余应变、颗粒破碎、特征循环次数、临界循环应力比和失稳动剪应力等变量的变化规律,并提出了一个残余应变预测的经验模型。结果表明:钙质砂的临界循环应力比随围压增加而减小,二者关系可用幂函数表达,钙质砂的归一化失稳动剪应力随失稳循环次数增加而减小,二者满足对数函数关系。当循环应力比小于临界循环应力比时,钙质砂的残余应变随循环次数增加而增加;当循环应力比等于临界循环应力比时,钙质砂达到临界稳态,其临界稳态残余应变随临界稳态循环次数和围压增加而增加,但随临界循环应力比增加而减小;当循环应力比大于临界循环应力比时,钙质砂发生渐进失稳,其失稳残余应变随钙质砂的归一化失稳动剪应力增加而快速增加。钙质砂的稳态循环次数随围压和循环应力比增加而增加,而临界稳态和失稳循环次数分别随临界循环应力比和归一化失稳动剪应力增加而减小。对比分析钙质砂循环三轴试验结果与残余应变模型预测结果可知,推荐的经验模型能够描述多重因素作用下钙质砂的残余应变变化趋势和演化规律。

堆石料变形与强度特性的大型三轴试验研究

在两种堆石料饱和试样大三轴试验成果的基础上,对其变形与强度特性变化规律进行了总结。给出了其应力-应交关系、侧向应变与轴向应变关系的指数关系表达式,以及抗剪强度包络线q-p面上的幂函数表达式:探讨了试验现象的内在机理;分析了剪胀、破碎与颗粒重排的相互关系;提出了弹性剪胀和塑性剪胀相互转化的观点。

粗粒料大三轴试验研究进展

目前,粗粒料的抗剪强度与变形特性表达式是在砂土特性研究基础上修改而得到的。实质上,粗粒料具有粒径大、沉陷变形小及颗粒破碎明显等特性而与砂土相区别。因此,研究粗粒料工程特性与本构关系时应充分考虑这些固有特性。此外,粗粒料在高压、复杂应力状态及动荷载作用下的工程性质研究也有待加强。文中概括和总结了静力条件下粗粒料大三轴试验研究进展情况,包括抗剪强度、变形特性、本构模型及试验技术方面,并就其中的一些问题进行了讨论。

堆石料剪胀特性大型三轴试验研究

基于不同初始孔隙比e0和不同固结压力σc情况下筑坝堆石料大型三轴固结排水剪切试验,分析了堆石料应力应变关系与体积应变关系以及剪胀率ζ与塑性剪应变εsp关系的变化规律。研究表明:对于颗粒级配确定的堆石料,剪胀剪缩转化关系由临界初始孔隙比(e0)crit与临界固结压力(σc)crit共同决定;堆石料破坏时的剪胀率ζf可以成为材料剪胀性的判断标准。通过试验数据非线性拟合分析,提出了堆石料应力应变关系与塑性体积应变关系的统一表达式以及初始物理力学状态依赖的应力-剪胀方程和破坏时剪胀率ζf表达式,并由此获得了堆石料剪胀剪缩转化的判断准则。

桥台后高填方路堤工后沉降影响因素分析

为了揭示桥台后高填方路堤工后沉降的影响因素,应用ABAQUS有限元程序建立了沿桥台纵向的平面应变计算模型,对回填材料进行了相关参数的沉降敏感性分析。高等级公路沉降实测结果与数值计算结果的对比分析表明,模型的计算结果能反映实际工况下路堤沉降的变化规律,可合理预测高填土路堤实际变形特征,弹性模量、渗透系数、容重、施工间歇期是影响近桥台处路堤工后沉降的主要因素,建议回填设计中应通过综合提高回填材料力学性能与改善施工方法的手段来达到减轻桥台后跳车的目的。

长期循环荷载作用下路基土累积残余变形模拟

现有累积变形经验公式都有各自的局限性,因为这些经验公式通常适用于特定类型路基土。依据循环荷载作用下路基土动力响应特性,分析获得路基土累积残余变形演化规律,建立累积残余变形δr关于压实度K、作用次数N、动应力水平s以及应力路径长度l这4项控制性因子的统一数学表达式。针对粉质黏土路基开展了循环三轴和环道模型试验,测试结果表明:在循环荷载长期作用下,δr随着N的增加而不断累积,荷载作用初期δr增长迅速,之后变化率持续减缓,最终δr渐趋稳定并达到安定状态。对比分析模型预测与测试结果表明:文中模型预测值与循环三轴和环道试验测试值较为吻合,反映了循环荷载作用下路基土残余变形发展趋势及其在多重因素作用下的演化规律,由此验证模型的合理性和可靠性。

考虑强度非线性的堆石料弹塑性本构模型研究

根据堆石料大型三轴试验成果,提出了非线性强度包线在q—p 坐标面上的幂函数表达式。将此非线性强度准则模式应用于剪切屈服面与体积屈服面表达方程的推导,从而建立了一个可反映堆石料实际工程特性的新型弹塑性本构模型。应用自编计算程序将该模型与殷氏模型用于不同应力路径条件下堆石料试验的数值模拟研究,对比分析表明:本文模型计算结果与试验实测结果更为一致,能较好地描述各种加载路径下堆石料的强度与变形性状。

移动荷载作用下近桥台处路面结构动力响应的有限元法分析

应用ABAQUS有限元建立了桥台后路堤路面动力计算的三维模型,将车辆荷载表达为反复移动的分布荷载(移动荷载)形式,并编制了VDLOAD子程序。通过有限元Explicit计算模块,首先分析了行车速度、材料阻尼比与轮胎压力对路面结构动响应的影响;其次,着重分析了车速90km/h、阻尼比5%、胎压700kPa条件下单次与多次循环荷载作用下路面动应力与位移的变化规律。分析认为,随着开放交通后道路使用时间的增长,路桥过渡段差异沉降的累积将导致近桥台处路面结构损坏程度加剧,从而影响道路的正常使用。

应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究

依据宜兴抽水蓄能电站上库主坝主堆石料原型级配,联合采用相似级配和等量替代的级配模拟技术制备大型三轴试样,利用YS–30型应力路径大型试验机开展应力路径条件下堆石料剪切特性大型三轴试验研究。研究结果表明:应力路径与固结应力共同作用,成为影响堆石料剪切特性的主要外部因素。堆石料抗剪强度具有显著的非线性特征,而应力路径对其抗剪强度影响极小。随着σc与k的增加,应力–应变关系由低压应变软化、高压应变硬化型向完全应变硬化型转变;体积应变关系由低压剪胀、高压剪缩型向完全剪缩型转变;随着应力比k的增加,堆石料塑性变形性质逐渐由剪切塑性变形变化为主转变为压缩塑性变形变化为主,破坏形式则由剪切破坏转变为压缩破坏。堆石料剪胀剪缩转化关系由临界应力比kcrit与临界固结应力(σc)crit共同决定。

模拟堆石料颗粒破碎对强度变形的影响

许多试验事实表明,极高压力下颗粒材料粒径极限分布并非Hardin所谓的以0.074 mm为截断粒径的均匀分布。通过拓展破碎概念提出了Hardin破碎指标修正定义,并用以区分剪切过程中破碎的暂时和永久终止状态。开展了系列模拟堆石料固结排水大型三轴试验,提出了系列非线性关系用以描述模拟堆石料的级配、破碎指标以及应力-应变-体变响应变化规律。分析表明:随着围压增加,特征粒径减小而级配指标增加,试样级配变化明显;随着围压增加,峰值(或临界)状态破碎指标增加,相应的应力比和内摩擦角则减小,两种状态下破碎指标与内摩擦角具有唯一对应关系;同一剪切过程中,破碎指标变化率、剪胀率和塑性剪切模量具有非同步变化关系,由此形成了颗粒破碎对于模拟堆石料应力变形影响的复杂性。

堆石料强度变形特性与非线性弹性本构模型研究

在大型三轴试验研究的基础上,提出了堆石料应力-应变关系、侧向应变与轴向应变关系的指数函数表达式,以及抗剪强度包线在q-p平面上的幂函数表达式。继而推导得到了一个反映堆石料强度与变形特性的非线性弹性本构模型。通过对实体工程的数值模拟,将DuncanE-B模型与新建模型进行了对比分析,验证了该模型的可行性。

交通荷载作用下近桥台处差异沉降与路面结构开裂研究

应用ABAQUS有限元软件建立了路桥过渡段地基、路堤与路面动力计算的三维模型。交通荷载表达为反复移动的作用于路面局部区域的均布荷载(移动荷载)形式,并编制为VDLOAD子程序。通过ABAQUS有限元standard与explicit计算模块,分析了车速90 km/h、阻尼比5%、胎压700 kPa条件下单次与多次循环荷载作用下过渡路段动应力、位移与裂纹发展的变化规律。分析认为,随着开放交通后道路使用时间的增长,路桥过渡段差异沉降的累计将导致裂纹贯穿整个路面结构层,道面损坏程度加剧,致使道路服务性水平进一步下降,从而影响道路的正常使用。

混凝土面板堆石坝应力变形长期性状有限元模拟

为了获得混凝土面板堆石坝长期力学行为(尤其流变变形对混凝土面板堆石坝工作性状的影响)定量分析成果,运用ABAQUS有限元对国内某抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝进行了数值模拟。采用考虑非线性强度的改进双屈服面流变模型描述堆石料长期力学性能,其中瞬时塑性变形采用改进双屈服面模型确定,而黏塑性流变变形采用指数衰减函数定义。有限元分析获得坝体、单元和面板在填筑期、蓄水期与运行期的应力与变形一般规律。结果表明:运行阶段堆石流变变形对混凝土面板堆石坝应力、变形性状产生显著影响。研究结论有益于进一步了解和合理预测混凝土面板的长期性能。

软土地基上桥台后填土工后沉降的数值分析

在分析软土地基上桥后填土受力特性的基础上提出有限元简化计算模型,并采用可模拟超填的Biot固结有限元程序就桥后填筑EPS、粉煤灰、粉细砂和砂砾情况下路堤填土工后沉降问题进行数值分析研究。计算结果表明:采用轻质回填材料(如EPS和粉煤灰)可有效减少路桥过渡处差异沉降;同时还可降低桥台前后区域因软土塑性剪切区贯通而发生滑动失稳破坏的可能。此外,填料的强度对于路堤自身的压缩变形起控制作用,因此采用轻质填料的同时不应降低填料的变形模量。

移动条形荷载作用下弹性层状介质动应力解析解

采用Fourier积分变换与递推矩阵方法,依据平面问题的弹性动力微分方程、边界条件与层间连续条件,推导得到不同形式移动条形荷载作用下弹性层状介质动应力解析解。对不同移动速度和不同荷载形式作用下弹性4层介质动应力分布规律进行了算例分析,结果表明:竖向或水平条形荷载单独作用下,移动速度对动应力的影响随着荷载移动速度越来越接近结构层最小剪切波速而不断增大,相关应力向量各分量随着深度增加而呈现为各自不同的变化特征;实际行车条件对应的移动竖向和水平条形荷载共同作用下,移动速度对动应力的影响和动应力竖向分布规律皆比移动竖向或水平条形荷载单独作用更为复杂。移动条形荷载作用下弹性层状介质动应力解析解可为各类型交通工具作用下层状介质动力响应特性分析提供理论支持。

粗粒料颗粒破碎变化规律大型三轴试验研究

基于土的颗粒破碎渐进演化分析,提出了土的颗粒破碎4项基本性质,以及在长期/反复加载过程中土的颗粒破碎3个特征状态。定义了土的全局与局部破碎指标,用以区分破碎的中止和终止状态,同时分析给出了(修正)相对破碎与破碎指数间的数学关系。定性分析了系列大型三轴试验过程中粗粒料级配变化规律,给出了各类型破碎指标的数学表达式,揭示了单调加载条件下粗粒料颗粒破碎完整规律:剪切过程中全局破碎关于归一化偏应力与平均主应力呈负指数增长关系,而临界状态和固结完成时的全局破碎只关于归一化平均主应力呈负指数增长关系,局部破碎只关于应力水平呈双曲线关系且在临界状态时均归为1。

循环动载作用下层状介质长期沉降计算方法

针对循环动载作用下交通基础设施长期沉降,研究解决在移动条形荷载作用下层状介质动应力和循环加卸载条件下层状介质残余应力、永久应变与残余沉降计算2个基本问题.采用Fourier积分变换与递推矩阵方法,依据平面问题动力微分方程、边界条件与层间连续条件,推导得到移动条形荷载作用下的层状介质动应力解析解.考虑应力水平和应力路径的影响,提出新的永久应变经验公式,通过卸载条件下附加永久应变的弹性边值问题求解,获得循环动载作用下层状介质残余应力与长期沉降的表达式.针对3种不同路基半刚性基层沥青路面环道试验,研究路表残余长期沉降变化规律;通过实测值和预测值对比分析验证了本文方法的合理性和可靠性.

城市道路沥青路面车辙的调查与演化规律研究

车辙是沥青路面结构破坏的主要形式之一。通过杭州市城区主干道车辙现场调查与数值模拟,对车辙发生部位、深度分布和次生病害以及演化规律进行了研究。调查分析表明:城市道路车辙频发于交叉口和公交站点,车辙周围常伴有推移和拥包等次生病害,车辙深度越大发生频次所占百分比越小。模拟结果表明,轮迹带车辙(推移)主要源于中面层的竖向/水平累积变形,面层加筋有利于消减车辙(尤其是推移)病害,当外荷载小于临界值时,车辙(推移)通常呈现为压密稳定的演化趋势。