京哈铁路路基冻结粉质黏土动剪切模量试验研究

以我国东北典型季节冻土区铁路路基为研究对象,针对季节性冻融路基轨道交通荷载的振动特点,采用室内低温动三轴试验方法,针对不同负温条件、加载频率、反复冻融条件设计室内试验工况,深入系统研究了京哈铁路王岗至双城段路基冻结粉质黏土的动力非线性本构关系、动剪切模量及其主要影响因素。研究表明,冻土、融土动应力–应变关系受负温、加载频率、冻融循环次数等因素影响,动剪切模量倒数与动应变之间具有明显的线性关系,表明京哈线粉质黏土应力应变关系符合双曲线模型。

中国青藏铁路北麓河路基冻土动应变速率试验研究

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。

动力荷载长期作用下冻土振陷模型试验研究

基于低温动三轴试验资料,研究了青藏铁路北麓河粉质黏土在往返长期加荷作用下的变形特征。在不同温度、动应力幅、频率、围压条件下考察冻土轴向残余应变与振次的试验关系曲线,建立了冻土振陷模型,并讨论了模型参数及其影响因素。研究表明,(1)模型参数受拟合所采用的振次水平影响较大,参数B(黏塑流蠕变率)随振次的增加而迅速减小,参数C(蠕变衰减系数)随振次的增加而迅速增大;(2)除迅速破坏的试件外,当振次达到一定临界值以后,B、C两参数都逐渐趋于稳定;相同振次水平下B、C参数均随温度升高、动应力幅值增大、围压增高而增大,随频率的增加而减少,且频率大于6Hz时对参数影响很小。此项研究对于合理预测动力荷载长期作用下由冻土残余变形而产生的沉降量具有重要意义,且为冻土动力学研究积累基础试验成果。

青藏铁路重塑冻结粉质黏土动剪切模量试验研究

通过低温动三轴试验,研究青藏铁路中重塑冻结粉质黏土的动剪切模量的变化规律及其主要因素。研究表明,冻土的最大动剪切模量随负温降低而显著增大,动剪切模量比随轴向荷载单级振次增加而有所增大,随负温降低而降低,随围压增加趋于一致。负温是冻土动力性能的一个极其重要的影响因素,因而寒区工程应引起足够的重视。研究结果对于合理认识冻土动力性能具有一定意义,也为进一步开展多年冻土场地工程地震安全性评价积累部分基础资料。

振动荷载作用下冻土结构弱化机理研究

基于低温动三轴试验及CT扫描试验对不同围压、负温下冻结粉质黏土的弱化机理进行了分析研究,利用冻结粉质黏土动三轴试验前、后的CT扫描试验数据与图像,定量分析了冻土的密度、结构及损伤度等方面的变化及动三轴试验前、后CT数增量、方差增量与围压、负温之间的关系。分析了在振动荷载作用下冻土内部孔隙、裂隙扩展过程,从附加损伤的角度证实了临界围压值的存在,明确了冻结粉质黏土结构弱化的根本原因是孔隙冰的压融和微裂隙的发育。

人造多晶冰的动力学参数试验研究

基于低温动三轴试验,研究人造多晶冰在轨道交通分级循环荷载作用下的本构关系与动力学参数指标。在不同负温、频率条件下,考察试件轴向动应力–应变关系曲线,获得冰的动力本构关系可以用线性黏弹性模型描述;动弹性模量随着温度的升高而降低,随频率增大而增大;黏性系数随着温度的升高而增大,随频率增大而减小的结论;并合理解释了温度、频率对冰的动力学参数指标的影响机理。

动力荷载作用下冻土变形特性研究

基于等幅值循环荷载作用下低温三轴振动试验资料,研究冻结青藏铁路北麓河黏土在长期往返加荷情况下的变形特征。根据不同温度、动应力幅值、频率、围压等因素下冻土的应变与振次关系曲线,得到随着振动次数、动应力幅值、围压的增加残余应变增大;随着温度的降低残余应变值减小,高温冻土对动力作用敏感;存在某一临界频率(6Hz左右),当频率大于或小于临界频率,残余应变增加速度都将增大的结论,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。

循环荷载下冻土振陷增长规律试验研究

通过新型低温动三轴仪的等幅循环荷载试验,以更为符合客观实际的围压、动应力幅值以及固结和冻结方式,研究了冻土冻结期的残余应变规律,包括了温度、荷载作用大小和次数对冻土的残余应变的影响。结果表明：冻土的残余应变随着荷载振动次数的增加不断增长,随着温度的降低不断减少;冻土的残余应变增长模式表现为开始阶段残余应变增长较快,后逐步缓慢增长,当动应力超过临界破坏应力之后,土试样残余应变迅速增长并达到破坏;低温冻土破坏应力较常温较大提高,低温-5℃提高了20%～25%,低温-10℃提高了45%~50%;冻土大多数荷载情况下处于非破坏状态,在一定次数荷载作用后,不同温度土的残余应变发展近似平行状态,大动应力幅值下的土试样的残余应变对温度更敏感。试验设计克服了以往试验过大固结应力和过大动应力的缺欠,得到的结果应符合客观实际。

分级循环动荷载作用下冻结粉土动剪切模量比与阻尼比分析

冻土作为公路和铁路的路基,其稳定性问题一直被广泛关注和研究。为寻求冻土在交通荷载下的破坏机制,基于低温动三轴试验,以青藏高原冻结路基粉土为研究对象,施加分级循环动荷载。考虑不同冻结温度、含水率、压实度和围压,对冻结粉土的动力学参数进行详细的分析。研究结果表明,动剪切模量倒数与动剪应变呈良好的线性关系,双曲线模型能较好的表达冻结粉土动应力–应变关系特点;冻结温度和含水率变化对动剪切模量比和阻尼比影响显著,且存在最佳冻结温度范围和最佳含水率范围控制其相应最大、最小值;压实度和围压变化对动剪切模量比和阻尼比影响较弱,并未发现存在最优范围。