动态空心圆柱剪切仪模拟复杂应力路径能力

常用的室内土动力试验设备,如单向动三轴仪、双向振动三轴仪等,在循环加载过程中主应力的方向和大小的变化均受到一定的限制。动态空心圆柱剪切仪能模拟各种复杂应力路径加载模式,是目前研究主应力变化对土体性状影响的理想设备。推导了恒定主应力偏转角循环加载方程和常广剪应力主应力轴循环加载方程,对比加载方程理论与试验加载曲线峰值,其相对误差在1.3%～2.5%之间,由此验证了动态空心圆柱剪切仪能实现复杂加载的能力。构建了两组模拟交通荷载的加载方程,为模拟真实交通荷载引起路基土体单元应力路径变化的空心圆柱循环加载试验提供了思路。

动态空心圆柱扭剪仪模拟椭圆应力路径能力分析

为论证动态空心圆柱扭剪仪实现椭圆形应力路径的可行性,推导典型荷载加载曲线,通过试验与数值结合的方法予以分析。结果表明:双向加载时,保持内外围压恒定且相等,可实现椭圆应力路径;保持内围压恒定,三向变载时,可实现保持中主应力系数恒定或平均主应力恒定的椭圆应力路径加载;四向变载时,可实现对中主应力系数、平均主应力的同时控制。空心圆柱扭剪仪可以很好地实现椭圆形应力路径,且可以对主要应力参数进行控制。试样变形将引起实际应力误差,导致应力路径偏移,因此加载前应对试样刚度合理估计以提高加载质量。

交通动载下饱和软黏土累计变形的不排水循环扭剪试验

饱和软土地基上长期往复交通动载将诱发显著的路基运营沉降。交通移动荷载下场地应力路径下呈现心形旋转路径,然而现有路基长期运营沉降分析是建立在循环三轴试验基础上,忽略交通移动荷载下地基土单元主应力轴的旋转效应。利用动态空心圆柱扭剪仪模拟心形循环加载路径,并在动态空心圆柱仪上模拟了传统的循环三轴加载路径。对饱和软黏土开展试验研究,对比观察一系列心形循环加载和三轴循环的不排水累计变形行为。试验研究发现,心形循环加载将诱发更大的累计轴向应变和累计孔压,伴随着初始动应力比的增加,二者差异性更为明显。循环加载过程有效动应力比随着循环次数而增大,循环增量破坏时对应的有效动应力比近似为常数。大数目循环加载下,传统塑性安定行为可渐变为循环塑性蠕变状态。

轨道交通振动作用引起的土单元应力路径特征及其在室内试验中的模拟

为了实现在室内试验中模拟轨道交通振动作用下土单元应力路径特征的加载方法,以均布移动荷载和单轮移动荷载为例,分析路基中土单元的应力状态。发现两种简化的轨道交通振动作用下路基土单元呈现出相似的应力状态:在荷载从左到右的移动过程中,主应力方向角发生了180°的变化,主应力差连续变化;路基中土体单元的应力状态,由最初的单剪模式变化到三轴剪切模式,最终又回到单剪模式;在应力坐标体系中的应力路径为"苹果状"。利用动态空心圆柱仪可以自定义加载函数的特点,在室内试验中比较理想地实现了轨道交通振动作用下路基土单元"苹果状"应力路径的模拟过程。