冻融循环作用下黄土累积塑性应变演变规律

为探究黄土路基在冻融循环和交通荷载耦合作用下的累积塑性应变变化规律,选取西宁地区重塑黄土为研究对象,采用GDS双向动三轴测试系统对其进行一系列动三轴试验,研究不同冻融循环次数、围压、动应力幅值以及频率对累积塑性应变的影响规律,并通过引入拟合参数建立考虑多因素的累积塑性应变预测模型。结果表明:累积塑性应变随冻融循环次数的增大而增大,在6次冻融循环后增长速率减缓且趋于稳定;减小动应力幅值和增大围压能显著抑制累积塑性应变的发展;加载初期累积塑性应变随频率变化不明显,随着振次的增加,频率作用凸显,累积塑性应变随着频率的增大而减小;基于试样的累积塑性应变演变规律,分别采用幂指数模型和对数模型进行拟合,发现后者拟合效果好;综合考虑4种因素对累积塑性应变的影响,建立累积塑性应变预测模型,并对试验的实测值与预测值进行对比,验证模型的可行性。研究成果可为季冻区黄土路基永久变形的计算提供理论参考依据。

基于Eshelby夹杂理论高温冻土累积塑性应变修正模型

针对不同黏粒含量的高温冻土,基于Eshelby夹杂理论分析了冰含量与等效变形模量之间的关系,在此基础上引入模量比对现有的Monismith累积塑性应变模型进行修正,得到了一种新的高温冻土累积塑性变形预测模型,并采用室内试验结果进行验证。结果显示:模型数据与试验数据具有较好的吻合度。新提出的修正Monismith累积塑性应变预测模型表征了冰含量与土体变形模量之间的关系,其可以较准确地模拟高温冻土整个动应变过程,并且能够反映组构变化所诱发的高温冻土累积变形特征的不同。

单轴循环荷载下冻结土石混合体动弹性模量和累积塑性应变研究

在寒区工程建设中,研究含块石冻土的动力学特性是保证重大工程建设安全的前提。为了揭示冻结土石混合体在循环荷载下的力学行为,通过开展不同低温(-5℃、-10℃、-15℃)条件下的单轴循环荷载试验,获取了冻结土石混合体的动应力-应变关系,讨论了温度与含石量对动弹性模量的影响,探究了累积塑性应变的变化规律,并提出了相应的演化模型。结果表明:(1)冻结土石混合体的动应力-应变曲线呈现由松到紧再到松的趋势。另外,总结了不同阶段下滞回环的变化特征,发现随着循环次数的增加,首先呈现不闭合的椭圆形,接着是柳叶形,最后是扁长椭圆形。(2)随着温度的增大,动弹性模量有明显的增大趋势。当温度降至-15℃,动弹性模量呈现先增大后减小的趋势。随着含石量的增大,动弹性模量呈现增大的趋势。(3)累积塑性应变与循环次数存在明显的阶段性,可划分为初始变形阶段、稳定变形阶段和快速变形阶段,在此基础上提出了累积塑性应变与循环次数的改进Monismith模型,与Monismith原模型对比,可较好地拟合试验结果。并通过斯皮尔曼相关分析和偏相关分析发现,改进Monismith模型中参数b值与含石量呈显著正相关,参数a与温度呈现显著负相关性。

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。

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。

交通荷载作用下考虑累积塑性应变的饱和软黏土应变软化特性研究

长期往复交通荷载将引起显著的路基沉降,而现有路基长期运营沉降分析多数建立在循环三轴试验基础上,忽视了交通荷载下土体单元主应力轴的偏转效应。通过对杭州原状软黏土进行应力控制的空心扭剪试验,研究循环应力比CSR、偏应力固结比K 0、振动频率f的变化与软化指数、累积塑性应变的关系。研究表明:对于各向同性固结软黏土,初始累积塑性应变为负应变,并随着振动次数的增加而逐渐增大(负应变),而K 0固结的初始累积应变为正应变;K 0和振动频率的减小增大了土样的初始累积塑性应变,加快土样破坏速度。在试验结果的基础上,确定软化指数与振次的对数关系表达式,引入累积塑性应变影响因子ζ,建立原状软黏土累积塑性应变模型,为预测和计算地基土层的长期沉降变形提供理论依据。

持续动荷载作用下基床粗粒土填料累积塑性应变试验研究

粗粒土填料在重载铁路基床层广泛应用,其受列车动荷载影响明显,研究基床粗粒土在持续动荷载作用下的累积变形有重要意义。通过制作不同含水率的粗粒土试样,对试样开展不同围压、不同动应力幅值的大型动三轴试验,分析试样在持续动荷载作用下轴向累积塑性应变的增长特点。基于安定理论,划分不同条件下试样的动力行为,探讨含水率对粗粒土试样累积塑性应变的影响,得出不同动力行为之间的临界应力表达式。建立塑性蠕变动力行为累积塑性应变预测模型,模型的准确性验证表明:此模型在动荷载重复次数N≥50 000时有较高准确性。试验结果对重载铁路基床层动力稳定性评价有参考价值。

循环荷载下饱和软黏土的累积塑性应变试验研究

通过以交通荷载为背景的饱和重塑软黏土室内不排水动三轴试验,研究了循环荷载作用下饱和重塑软黏土的累积塑性应变发展形态,可分为3种类型:稳定型、破坏型和临界型。根据稳定型累积塑性应变发展曲线特点,提出了饱和软黏土的稳定累积塑性应变方程,并通过试验结果分析了该方程中各拟合参数与动应力幅值、固结围压和静偏应力的变化规律,同时提出了求解无静偏应力条件下软黏土临界动应力的解析方法。通过动三轴试验结果,提出了含动应力幅值、固结围压、静偏应力和循环周次等影响因素的累积塑性应变拟合模型。

循环荷载下级配碎石填料累积塑性应变及破坏规律研究

级配碎石作为重载铁路路基基床的核心填料,在大轴重列车循环荷载作用下的动力稳定性对于整个路基结构的服役性能至关重要。为探究循环荷载作用下级配碎石填料的累积塑性应变演变特征及破坏规律,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下的大型动三轴试验。试验揭示了细粒含量、围压、动应力幅值对该填料累积塑性应变及临界动应力的影响机制,并基于试验结果,提出不同深度级配碎石填料考虑细颗粒含量参数的临界动应力计算公式,明确了式中各参数的物理意义。研究成果有助于预测重载列车动力荷载作用下基床土体的变形,并对评价既有线路开行大轴重列车的适用性提供参考。

循环荷载下原状结构红粘土累积塑性应变模型

基于循环荷载作用下原状结构红粘土εp-lgN试验曲线簇,采用经典的对数函数模型对稳定性曲线、Monismith指数函数模型对破坏型曲线进行拟合分析,获得了相应模型参数的拟合公式,得出发散型对数函数模型不适宜于稳定型曲线的结论。针对稳定型曲线收敛的特点,提出了一个新的稳定型曲线累积塑性应变数学模型。与发散型对数函数模型比较,新模型具有收敛性,能更好地模拟稳定型曲线的变化规律。利用新模型对不同试验条件下原状结构红粘土稳定型曲线进行拟合,获得了新模型参数拟合公式。基于原状结构红粘土临界动应力试验值,引入了一个新的参数"动应力比",该参数的引入能很好地降低试验数据点的离散性。

基于大型动三轴试验的粗粒土累积塑性应变概率模型研究

路基填土在长期交通动荷载作用下的累积塑性变形存在离散性。通过一系列粗粒土大型动三轴试验分析其累积塑性应变随围压、动应力及含水率的发展趋势和变化规律。结果表明:累积塑性应变及其稳定值随动应力的增加而增大,随围压的增加而减小,说明增大围压能有效抑制土体累积塑性变形的发展;土体的动力稳定性随含水率的减小而增加。基于半对数预测模型,运用灰色系统关联理论探究模型参数与含水率和动静应力比的相关性特征,并通过正态性检验论证得到控制粗粒土累积塑性应变发展速率的模型参数服从正态分布。基于概率失效理论,提出预测粗粒土填料累积塑性应变的概率模型,可较好地预测粗粒土填料在循环动荷载作用下的累积塑性应变发展区间。

风积沙路基填料累积塑性应变及预测模型

风积沙具有颗粒均匀、结构松散、保水性差、天然含水率小以及抗剪强度低等特点,作为路基基床底层填料,已应用于沙漠铁路建设中。以风积沙填料为研究对象,开展一系列不同应力水平的动三轴试验,探究风积沙填料累积塑性变形随振次的变化规律,提出风积沙试样塑性行为判定准则,建立了考虑动应力幅值、含水率及围压的风积沙累积塑性应变预测模型。试验结果表明:不同动应力幅值条件下,风积沙试样的累积塑性应变随振次的关系曲线表现为稳定型、临界型和破坏型3种类型。幂函数能很好地描述风积沙累积塑性应变速率ε̇_(p)与循环振次N的关系,在此基础上,建立了考虑动应力幅值、含水率及围压的风积沙累积塑性应变预测模型。研究成果可为风积沙路基在循环动荷载下的沉降预测、基于应变控制原则的路基设计和动力稳定性评估提供参考。

地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变特性

目的研究地铁行车荷载作用下隧道周围土体变形特性,为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价提供参考.方法通过室内动三轴试验,探索地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变发展规律,在此基础上,利用数理统计知识计算各因素及因素之间的耦合作用对累积塑性应变的影响率.结果在相同试验条件下,累积塑性应变随围压增大而减小,随固结比增大而减小,随动应力幅值增大而增大,随频率增大而减小,随振动次数增大而增大.结论单因素中动应力幅值对累积塑性应变的影响最大,其次是围压和频率,最后是振动次数;围压与振动次数、频率与振动次数之间的耦合作用对累积塑性应变的影响可忽略不计;因素之间的耦合作用在一定条件下比单因素对累积塑性应变的影响效果要显著.

加筋板低周疲劳寿命和累积塑性应变模型

为分析加筋板结构累积塑性破坏的影响,应用损伤力学基础理论,并结合筋板相互影响系数,以塑性应变为损伤演化的控制参量,推导并建立加筋板结构低周疲劳累积递增塑性应变模型和低周疲劳寿命模型。将加筋板在循环载荷下的疲劳损伤变量引入累积递增塑性应变方程中,通过积分变换,推导出循环载荷下船舶加筋板结构轴向累积塑性应变的演化方程及其低周疲劳寿命本构模型;采用船舶通用高强度402钢相关材料疲劳特性参数对船舶加筋板结构低周疲劳寿命模型进行对比分析;将塑性应变发展理论模型与有限元计算结果进行比较,分析平均应力和筋条刚度比对累积塑性应变的影响规律。结果表明,该模型较好地反映了船舶加筋板结构的轴向累积塑性应变演化规律,同时能方便地对船舶结构低周疲劳强度进行评估、校核。

低周疲劳下考虑累积塑性应变的裂纹板裂纹闭合效应研究

裂纹闭合效应发生在裂纹扩展过程中,影响着裂纹扩展速率,同时在裂纹尖端附近区域塑性应变的累积对诱发裂纹闭合效应以及结构破坏起着重大作用.为了研究裂纹扩展中复杂的闭合机理,以试验与数值模拟为基础,考察了裂纹闭合效应及其与累积塑性应变的关系,着重探究了应力比、循环次数、裂纹长度等相关因素的影响.研究结果表明,裂纹闭合水平与累积塑性应变及形成的塑性尾迹区之间存在着交互式的影响,且裂尖塑性应变的演化与尾迹区残余压应力场的关系能很好地反映裂纹闭合水平的变化过程,这为进一步研究低周疲劳裂纹闭合效应的复杂机理提供了新的途径.

地铁行车荷载作用下饱和黄土的累积塑性应变

通过应力控制式循环三轴试验,探讨了地铁行车荷载作用下饱和黄土的累积塑性应变.试验表明:饱和黄土累积塑形应变存在三个典型的发展阶段,即:衰减阶段、稳定阶段和破坏阶段.固结围压、循环试验中的排水条件、动应力及其循环次数、以及动应力比是影响饱和黄土累积塑性应变的重要因素.在排水循环三轴试验中,饱和黄土的累积塑性应变随初始固结围压的增大而减小,随循环次数、动应力和动应力比的增大而增大.基于试验数据,建立了预测饱和黄土累积塑性应变的反正切函数模型.该模型与试验数据符合良好,且仅需三个土体参数,应用比较方便.

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。

膨胀土与改性膨胀土累积塑性应变及动力特性

结合成都绕城路膨胀土路基处治项目,利用动三轴试验研究膨胀土及改性膨胀土在重复荷载作用下的永久变形及动力特性。分析不同围压下弹性应变、累积塑性应变和动应变与荷载重复作用次数之间的关系,在log log坐标系中比在普通坐标系中能更好地区分累积塑性应变的三个阶段。比较了膨胀土与改性膨胀土的动力特性(如动弹性模量、动粘聚力、动摩擦角、阻尼比等),经改性后的膨胀土其力学特性得到了明显增强。

循环荷载作用下软黏土累积塑性应变与微观参数灰色关联分析

通过一系列宏微观试验,系统地进行了软黏土在循环荷载作用下宏观累积塑性应变的变化规律研究,建立了微观参数与宏观累积塑性应变的灰色关联度,明确其关联特征.研究表明:在循环荷载作用下,软黏土累积塑性应变呈现明显的3个阶段特征.振动前期,由于颗粒破碎造成平均粒径呈下降趋势;平均孔径由4.39μm下降至3.05μm.振动后期,颗粒定向性较好.通过灰色关联度理论发现,对软黏土累积塑性应变影响最显著的微观参数是平均粒径、平均孔径和孔隙分维.利用回归分析方法建立了累积塑性应变与微观参数的关联特征.

循环荷载下滨海软粘土累积塑性应变试验研究

近海工程在波浪等循环荷载的作用下,地基中的软粘土会产生较大的沉降和变形,影响上部结构的稳定性。本文以烟台港的淤泥质粘土为研究对象,进行动三轴试验,以围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等为变量,探讨了不同工况下淤泥质粘土的累积塑性应变发展规律。试验结果表明,累积塑性应变随着荷载循环次数的增加,先迅速增大,而后增速减缓,最终应变值趋于稳定;累积塑性应变受不同围压值的影响不明显,但是静偏应力比、动应力比越大,其初始增速越快,最终达到的稳定值越大。通过试验结果分析,综合考虑围压、静偏应力、动应力、荷载循环次数等影响因素,提出能够合理描述累积塑性应变发展规律的双曲模型,并应用于烟台港实际工况,计算结果符合工程实际。