基于服役需求的机场粉土道基临界动应力研究

在循环荷载作用下土样应变发展特性的研究中,安定理论被广泛应用。通过该理论将塑性应变发展状态进行划分,可确定临界动应力。但该传统方法忽略了工程中的服役需求,其取值未考虑在临界动应力范围内,道基土体变形的持续发展,最终超过允许变形,引起道面板错缝、跑道断裂等问题。针对以上问题开展大型动三轴试验,获得道基粉土在不同压实度、围压、制样方法和动应力下变形发展规律,结合服役需求中的破坏应变,提出考虑道基服役需求的临界动应力模型,主要结论有:1)压实度和围压对最终塑性应变均有较大影响,且与应变有较好的指数关系。考虑压实度、围压和动应力幅值建立的最终应变预测模型能较好地反映试验结果;2)制样方法对塑性应变的发展有明显的影响,在动应力小于180 kPa时应变差在0.2%左右,而在动应力较大时,不同制样方法之间应变差异显著增大,最大可超过2%,远大于规范中最大允许差异沉降值0.1%~0.2%。实际工程中多压实工法处理道基,可能导致道基在长期荷载作用下产生较大的差异沉降;3)基于服役需求提出的临界动应力在道基沉降值和差异沉降值上均符合规范要求,且与传统方法临界动应力计算结果相比,相同条件下动应力值约为80%,对应塑性变形增长速率仅为40%,充分考虑机场服役需求,取值更加严谨,对实际工程更具指导意义。

循环荷载作用下非饱和盐化粉土动力特性

西北地区机场若采用盐化粉土进行道基填筑,在飞机滑行荷载重复作用下,道基累积变形将成为影响机场服役性能的关键。为此,选取北方某地区粉土开展动三轴试验,研究循环荷载下不同含盐量(质量分数)对粉土动力特性的影响,并提出以累积塑性应变4%作为道基破坏标准的盐化粉土动强度预测模型。结果表明:随动应力幅值的增加,盐化粉土塑性变形逐渐由塑性安定状态向增量破坏转变;含盐量对粉土累积轴向应变、动模量、临界动应力有明显影响;相同动应力幅值下,当含盐量由0增加至5%时,试样累积轴向应变以1%含盐量为界限呈先减小后增加的趋势;低动应力幅值下,试样动模量随含盐量增加而逐渐衰减;从微观上对盐化粉土在1%低含盐量时强度短暂增强、高含盐量时强度逐渐衰减的现象进行分析,盐化粉土试样强度与土体孔隙中离子浓度以及土体颗粒排列方式有关;根据盐化粉土动强度预测模型,可得1%含盐量的土体塑性安定临界值约为5%含盐量土体的2.2倍。研究结果可为盐化粉土地区机场道基承荷能力设计提供参考。

循环荷载作用下击实粉土累积塑性变形研究

在飞机荷载长期作用下,粉土道基累积塑性应变发展特性会发生改变。为揭示荷载频率和压实度对粉土道基累积塑性变形的影响规律,开展了室内大型动三轴试验。试验结果表明,不同循环应力比条件下,击实粉土试样的累积塑性应变发展规律可分为3种:塑性安定、塑性蠕变和增量破坏,压实度对累积塑性应变及临界循环应力比均有影响,荷载频率对加载前期的累积塑性变形发展速率影响较为显著;同时,较小压力水平条件下,压实度对试样回弹特性影响较大,压实度越大,试样回弹模量越大。针对稳定型粉土试样累积塑性应变的发展特点,提出了考虑压实度和荷载频率共同影响的累积塑性应变模型,并利用试验数据对模型拟合,发现相同压实度或荷载频率下,各拟合参数与循环应力比呈较好的线性关系;在此基础上对各参数进行归一处理,确定了各参数与循环应力比、压实度和荷载频率的变化关系。