地铁列车荷载作用下隧道周围土体的临界动应力比和动应变分析

通过南京地铁三山街站隧道周围淤泥质粉质粘土进行应力控制的循环三轴试验,研究了列车循环荷载作用下淤泥质粉质粘土的动应变发展情况,充分考虑了土体固结状态、固结比、轴向循环压力的大小及频率对动应变的影响。得到了淤泥质粉质粘土的临界动应力比和动应变随振动次数、加载频率和围压及固结状态而变化的规律,对地铁隧道的设计具有重要参考价值。

黄土在地铁列车荷载作用下的临界动应力比及动应变发展模型的试验研究

以黄土地区地铁项目为研究背景,利用20kN电液伺服控制动三轴试验机,对地铁列车荷载长期循环作用下不同类型黄土的动变形分别进行了试验研究,得到了不同类型黄土累积塑性变形的发展规律,提出了确定黄土临界动应力比的新方法,确定了不同类型黄土动应变发展的模型.研究结果表明：干型黄土的临界动应力比大于0.6,湿型黄土的临界动应力比为0.45-0.49,饱和型黄土则为0.22-0.24;拓展的Langmuir模型和经典Freundlich模型分别对于稳定型和破坏型黄土动变形发展的回归分析是有效的,反映了黄土在地铁列车荷载作用下的动变形特性.

风积沙填筑铁路路基累积塑性变形及临界动应力试验研究

目前用于铁路基床的填料大多数为级配优良的填料,而对风积沙作为路基填料在列车荷载作用下的累积塑性变形特性和临界动应力研究不多,但风积沙作为路基填料已在沙漠铁路建设中得到运用。为探究列车荷载作用下风积沙填料填筑铁路路基的累积塑性变形演变特性及临界动应力,考虑围压、动应力幅值、压实系数和含水率等因素的影响,开展一系列动三轴试验。试验结果表明:风积沙累积塑性应变随压实系数、围压的增大而减小,随动应力幅值的增大而增大。以最优含水率为分界点,低于最优含水率时,风积沙累积塑性应变随含水率的增加而减小;高于最优含水率时,风积沙累积塑性应变随含水率的增加而增大。风积沙试样的累积塑性应变曲线可分为:稳定型、临界型和破坏型。根据对累积塑性应变曲线的分类,获得了不同条件下风积沙填料的临界动应力。风积沙临界动应力随围压和压实系数的增大而增大,饱和含水率下风积沙填料的临界动应力明显小于天然含水率和最优含水率下风积沙填料的临界动应力。临界动应力和围压具有较好的线性关系。构建了可考虑围压和含水率影响的风积沙临界动应力经验公式,通过临界动应力公式确定了不同工况下风积沙作为路基填料的适用范围。试验结果可为沙漠铁路的设计、施工以及运营提供经验和理论依据。

长期循环荷载下冻结粉质黏土的临界动应力与动回弹模量的试验研究

冻土路基在长期循环荷载下的稳定性一直是研究人员关注的重点。对青藏铁路沿线冻结粉质黏土开展了一系列的循环三轴试验,重点研究了在长期动力荷载作用下与冻土承载性能密切相关的两个指标:临界动应力与动回弹模量。首先提出了一种基于变形控制的临界动应力确定方法,进而研究了围压水平对冻结粉质黏土临界动应力和动回弹模量的影响。结果表明:提高冻土的围压水平可以显著强化其长期动力强度;随着围压的增大,冻土的动回弹模量呈现出上升的趋势。冻土的动回弹模量随振动次数的增加呈现出先减小后增大再趋于平稳的发展规律,而在本文试验加载范围内,动应力幅值对动回弹模量的影响并不显著。

基于大型动三轴试验和神经网络的粗粒土临界动应力研究

为研究基床粗粒土填料的累积塑性变形特性、动力稳定性和临界动应力,开展不同围压、动应力和含水量的系列大型动三轴试验。结果表明:粗粒土的累积塑性应变ε_(p)随动荷载振动次数N的关系曲线可分为破坏型、稳定型和临界型。建立分析εp-N曲线类型与土体围压、含水量及动应力相关性的灰色关联模型,结果表明曲线类型受围压、动应力及含水量的影响显著,且三者对决定粗粒土的动力稳定状态具有同等重要作用。构建预测粗粒土临界动应力的BP神经网络模型,分析表明粗粒土的临界动应力随围压增加而近似线性增大,随含水量的增加而非线性减小;综合试验和模型分析结果,提出考虑围压和含水量影响效应的粗粒土临界动应力经验公式。

磷石膏稳定土临界动应力及累积变形特性研究

针对磷石膏的资源浪费和红黏土的特殊工程特性,以水泥(石灰)为固化剂,采用SDT-20动三轴试验研究了磷石膏稳定土的疲劳特性和改良机理,建立了累积变形模型和临界动应力模型,得到了混合料动强度指标。结果表明:随着动应力幅值与围压提高,累积变形特征显著增大,且素红黏土与磷石膏稳定土变形均经历稳定型、临界型与破坏型三阶段;临界动应力随围压的增大而线性增大,降低动应力水平和提高围压可提升路基抵抗失稳的能力;石灰磷石膏稳定土和水泥磷石膏稳定土动抗剪强度相比素红黏土有大幅提升,且水泥磷石膏稳定土的动抗剪强度增加值比石灰磷石膏稳定土更大;磷石膏稳定土强度提升是由水泥(石灰)和磷石膏共同作用引起的,水泥(石灰)反应生成水化硅酸钙(C—S—H凝胶),磷石膏反应生成钙矾石,两者相互交织形成空间网状结构。

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。

主应力轴旋转条件下冻结黏土累积塑性应变与临界动应力特性研究

冻土作为寒区工程的基础和人工冻结工程的支护壁,经常承受动荷载的扰动,研究其在动荷载作用下累积塑性应变和临界动应力特性,可为寒区工程和人工冻结工程变形控制和稳定评价提供重要参考。为揭示主应力轴旋转对冻结黏土累积塑性应变和临界动应力特性影响,采用冻土空心圆柱仪进行了一系列考虑围压影响的动三轴试验和纯主应力轴旋转试验,分析了冻结黏土累积塑性应变、累积塑性应变率和临界动应力特征变化。研究表明,冻结黏土试样轴向累积塑性应变随着循环次数的增多而增大,围压的增大则会抑制冻结黏土轴向累积塑性应变发展速度,而主应力轴旋转效应会加快冻结黏土轴向累积塑性应变发展速度。冻结黏土轴向累积塑性应变率呈现3种不同变化趋势,提出了基于累积塑性应变速率判别的冻结黏土塑性变形行为划分准则,并建立了冻结黏土塑性安定和塑性蠕变临界动应力表达式,证实了主应力轴旋转条件下冻结黏土临界动应力显著降低。研究结果对冻土工程的设计、施工、稳定评价和寒区资源开发都具有重要的指导意义。

循环荷载下风积沙填料的临界动应力

针对我国沙漠铁路中风积沙填料在列车动荷载作用下动力性能不明确的问题,研究风积沙填料在列车循环荷载作用下的变形特性,考虑动应力幅值、含水率和围压的影响进行了风积沙填料动三轴试验;分析了风积沙试样累积塑性变形的发展规律,建立了风积沙塑性变形行为判定标准,获得了风积沙填料的临界动应力。结果表明:风积沙试样的累积塑性应变与循环振次的关系曲线可划分为稳定型、临界型和破坏型三种类型;风积沙累积塑性应变速率与循环振次呈幂函数关系,得出了风积沙填料塑性行为判定标准;以安定准则为破坏判据,在风积沙填料塑性行为划分基础上,引入静强度参数反映土体自身物理性质对动应力水平的影响,得到了考虑动应力幅值、含水率及围压的风积沙填料临界动应力经验公式。

循环荷载作用下路基粗粒土填料临界动应力和累积变形特性分析

粗粒土填料作为铁路路基核心层,直接承受行车荷载的反复作用,其在动载反复作用下的变形特性决定了路基工作性能,但目前对粗粒土填料在列车往复作用下的动力变形特性研究不多。为探究行车荷载对基床粗颗粒土动力变形特性的影响规律,进行一系列粗粒土填料持续振动条件下的大型动三轴试验,包括不同动应力幅值(模拟不同列车轴重)、不同围压(模拟不同埋深下的侧压作用)和不同含水率(模拟不同雨水环境)等多种情况。获得路基粗粒土填料的临界动应力和累积应变随围压和含水率变化的系列关系数据和变化规律。试验结果对重载铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有重要参考价值。

高温冻结粉土的累积应变和临界动应力

在-0.95℃恒温状态下对青藏人工冻结粉土试样进行不同动应力幅值下的振动单轴压缩试验,获得2种频率下不同动应力幅值时冻土试样累积应变和振动次数之间的关系曲线,发现冻土的累积应变随着振动次数的增加呈增长的趋势,且表现出稳定型、破坏型和临界型3种形态;在振动次数相同时,动应力幅值越大,累积应变越大;加载初始阶段应变速率随时间的增大而减小,且应变速率对数与时间对数间均有较好的线性关系,但随着振动时间的增加,破坏型曲线的应变速率达到一个最小值后开始增大,稳定型曲线的应变速率则在一定幅度的范围内波动;振动频率越高、动应力幅值越大,应变速率越大;振动频率越高,临界动应力越小。

振动荷载作用下重载铁路路基粗颗粒土填料临界动应力试验研究

由于重载铁路路基表层为粗颗粒土填料,直接承受轨道结构传递的列车动载往复作用,其临界动应力会影响累积变形,利用自行开发的动三轴试验系统进行不同围压、动应力幅值、含水率条件下粗颗粒土填料的持续振动试验,获得粗颗粒土累积动应变与振次关系曲线,并分析围压、含水率对累积动应变增长影响;在获得不同含水率条件下粗颗粒土的临界动应力比线基础上提出计算临界动应力经验公式。

红黏土临界动应力与高铁无碴轨道路堑基床换填厚度

针对武广高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床长期动力稳定与换填厚度问题,利用改造后的应力控制式动三轴仪,研究了循环荷载作用下原状结构红黏土动应变随振次的变化规律,获得了11种试验条下原状结构红黏土临界动应力。按曲线走势特征,红黏土εd?lg N曲线可分为衰减型、临界型、破坏型3类,具有与其它黏性土相同的曲线型式。基于室内动力试验及现场动响应测试成果,采用临界动应力法初步评价了武广高速铁路无碴轨道红黏土路堑基床的长期动力稳定性,给出了相应的基床换填厚度最小值。探讨了含水比、围压、固结比对红黏土临界动应力及路堑基床换填厚度的影响,通过多元线性回归得到了两个简单实用的经验估算公式。红黏土临界动应力随含水比的增大线性减小,随围压、固结比的增大线性增大。基床换填厚度随含水比的增大线性增大,随围压的增大线性减小,固结比对基床换填厚度的影响就本次试验成果而言还不明显。研究成果为我国高速铁路无碴轨道路堑基床长期动力稳定性评价及换填厚度的确定提出了新的思路和方法,也为红黏土动力特性的深入研究积累了宝贵的第一手资料。

循环荷载下石灰改良膨胀土临界动应力的探讨

为探讨各影响因素对石灰改良膨胀土临界动应力的影响规律与程度,进行了振动三轴试验,获得了不同含水率与振动频率下石灰改良膨胀土的临界动应力。基于本文的试验结果,通过石灰改良膨胀土脆性破坏机理分析和临界动应力的影响因素探讨表明,由于石灰的改性作用,导致改良后膨胀土的塑性降低,表现出脆性性质;质量控制指标(掺灰比和压实系数)是影响石灰改良膨胀土临界动应力的决定性因素;由于改性后动力水稳定性较好,石灰改良膨胀土临界动应力受含水率变化的影响有限;而外部动静荷载形式与程度(振动频率和围压)的影响程度较弱。即在保证掺灰比和压实系数的前提下,石灰改良膨胀土的临界动应力能够维持在一个比较稳定的范围内。

不同含水状态级配碎石临界动应力及变形规律研究

为评估含水率变化对高速铁路无砟轨道基床表层级配碎石动力性能的影响,本文针对最优含水率和饱和含水率两种状态下级配碎石循环动力性能开展室内大型动三轴试验研究,分析级配碎石的临界动应力和累积变形特性。研究表明:累积变形与荷载作用次数、含水率关系密切,荷载作用次数超过10 000次后,含水率的影响逐渐显现,荷载作用次数达到20 000次时,饱和含水率的累积变形相对最优含水率增大70%;不同含水率级配碎石的衰减型和破坏型累积变形曲线可分别用Stewart模型和Monismith模型预测;级配碎石临界动应力随含水率增大而减小,随围压的增大线性增大,饱和含水状态对应的临界动应力较最优含水状态平均小13%。

重复加载下路基填土的临界动应力和永久变形初探

本文针对路基填土在列车荷载重复作用下产生永久变形的问题，利用动三轴试验，研究了重复加载条件下，土体的临界动应力和永久应变随加载次数、加载频率和周围压力变化的规律，对高速铁路和重载铁路路基设计有重要的参考价值．

新疆三莎高速公路砾类土的临界动应力试验研究

采用砾类土重塑试样进行动三轴试验,基于试验结果绘制砾类土的εp-N关系曲线,得到砾类土在不同含水率、围压、压实度、动荷载作用频率和初始静偏应力时的临界动应力,分析各因素对砾类土临界动应力的影响规律,发现含水率为最佳含水率时砾类土的临界动应力最大,随着围压和压实度的增加,砾类土的临界动应力增大,循环荷载作用频率在1 Hz^2 Hz变化时,砾类土的临界动应力变化较小,0~10kPa范围的初始静偏应力对砾类土的临界动应力影响也较小.

考虑荷载间歇的细粒土填料累积塑性应变与临界动应力试验研究

为了研究追踪列车间隔时间对铁路路基动力行为的影响,开展了一系列重载铁路路基填料在连续循环荷载和分阶段循环荷载下的动三轴试验,对比分析了两种加载方式下试样的孔压和变形特性,研究了荷载间歇效应对路基填料的孔隙水压力、累积塑性应变等发展规律的影响。试验结果表明,间歇期的存在使得分阶段循环荷载下的试样的应变增长速率相较于连续循环荷载下的试样的应变增长速率明显减小。根据稳定型和临界型试样的累积塑性应变与循环振次曲线斜率和循环振次的线性关系,获得了细粒土填料的临界动应力数值和以围压、含水率、静强度为变量的临界动应力经验公式。研究结果对于正确认识列车动荷载作用下重载铁路路基的动力行为具有参考价值。

重载铁路基床污染级配碎石临界动应力及动强度特性研究

重载铁路基床表层级配碎石受细粒土侵入污染后服役性将大幅劣化,掌握循环荷载下污染级配碎石临界动应力及动强度的演变特征,对揭示路基病害的产生机理至关重要。首先,以不同细粒含量的级配碎石为研究对象,开展一系列不同应力水平条件下的大型动三轴试验,探究细粒含量、围压及动应力幅值对试样累积塑性应变及临界动应力的耦合影响机制。然后,基于塑性安定理论,对试样在不同条件下的变形行为进行划分,并进一步建立考虑围压及细粒含量参数的塑性蠕变状态临界动应力计算模型。最后,分析细粒含量及围压对动强度的影响规律,并通过归一化方法建立了静、动强度间的计算模型。研究成果可为基于强度控制原则的重载铁路新型路基结构设计提供参考。

武广客运专线路堑红粘土临界动应力疲劳试验研究

针对武广客运专线路堑红粘土在列车循环荷载作用下产生动变形及动力稳定性问题,利用疲劳动三轴试验,首次研究了循环荷载作用下原状结构红粘土动应变随振次的变化规律,获得了不同试验条下原状结构红粘土的临界动应力,并给出其估算公式.探讨了含水比、围压、固结比对临界动应力的影响.