循环直剪试验对道砟剪切性能影响的研究

研究目的:为研究循环剪切对道砟颗粒的影响,采用离散元法对道砟进行大型直剪试验仿真,根据试验数据验证模型的正确性,并在此基础上对其进行双向循环剪切,模拟并分析循环剪切、法向荷载、脏污程度等各种工况对道砟应力应变、剪胀、接触力分布各向异性等性能的影响。研究结论:(1)道砟的剪切应力随法向荷载的增大而增大,随污染程度的增大而减小;(2)循环剪切后,道砟颗粒的分布更加密集,即经过循环剪切的道砟集料体积压缩量随法向荷载、污染程度、循环次数的增多而加大;(3)不同循环次数、不同脏污程度下,道砟颗粒间法向接触力分布呈“8”字形、切向接触力分布呈“X”形;(4)法向和切向平均接触力大小均与法向加载力呈正比,与脏污程度和循环次数呈反比,即道砟脏污和循环作用会降低颗粒间的法向和切向接触力,弱化道砟颗粒的力学性能,增加其恶化的可能性;(5)本研究结论可应用于有砟轨道方面的研究。

大型多功能结构物-土界面循环直剪仪的研制与应用

借助剪切设备开展室内试验是研究结构物-土体相互作用的重要途径之一,因此,剪切设备的改进或研制具有重要意义.本文研制了一种大型多功能结构物-土界面循环直剪仪,该设备可以实现在法线方向施加常应力和常刚度两种加载方式,通过伺服电机控制等应变、等应力方式施加剪切力,剪切盒上设有玻璃观察窗,可配合外置图像采集系统观察土体颗粒的运动轨迹,上下剪切盒的联接采用保证间隙的滚动方式结构,限制了上剪切盒在试验过程中的上翘,辅助导轨的设计方便了结构物更换和土样装卸,试验数据通过计算机控制系统实现自动采集和实时显示.利用该设备进行了钙质砂与粗糙钢板的界面循环剪切试验,试验结果表明:该设备能够较好地分析钢-钙质砂界面剪切特性,为后期结构物-颗粒土相互作用研究提供了有力的试验支撑.

双向循环荷载作用下胶-砂粒径比对橡胶砂剪切特性影响

橡胶砂作为一种新型廉价的材料,常被用作路基、挡墙等的填料,然而鲜有研究涉及其在双向循环荷载作用下的动力学特性。采用大型动态直剪仪对不同胶-砂粒径比的橡胶砂进行了一系列双向循环荷载作用下的直剪试验,研究了粒径比、法向循环荷载幅值、水平剪切频率对橡胶砂剪切特性的影响。研究结果表明:法向循环荷载作用下,橡胶砂的循环峰值剪切应力随粒径比的增大而增大,最终剪缩量随着粒径比的增大而减小;在剪切应力上,大粒径比的橡胶砂对法向循环荷载幅值的变化更加敏感,且随着法向循环荷载幅值的增大,大粒径比的橡胶砂剪胀更明显;在不同的水平剪切频率下,试样的剪切应力随剪切时间呈不同形式的周期性变化,最大循环剪切应力随水平剪切频率的增大而减小;橡胶砂的剪切刚度和阻尼比均与粒径比呈正相关,即大粒径比的橡胶砂更能提高路基在循环荷载作用下的稳定性。

砂土颗粒级配对格栅-土界面静、动力直剪特性的影响

为了研究不同颗粒级配砂土与格栅界面的剪切特性,采用3种不同颗粒级配的砂土与土工格栅进行了一系列大型室内单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验,并且通过对比单调直剪以及循环后单调直剪下界面剪切特性的变化,研究了循环剪切应力历史对界面抗剪强度的影响。结果表明:单调直剪试验中,3种界面均发生峰值后剪切软化现象,且高应力下软化现象更明显;3种界面在循环直剪试验中均呈现剪切硬化特点,同一循环次数下颗粒级配良好砂土与格栅界面剪切强度最大;经历过循环剪切后,3种界面的峰值黏聚力与残余黏聚力均减小,而峰值摩擦角与残余摩擦角增大;遭受循环剪切后,3种颗粒级配砂土与格栅界面抗剪强度都得到了提高。

不同土工合成材料与再生混凝土骨料界面动剪切特性研究

针对研究5种不同土工合成材料与再生混凝土骨料(RCA)之间的界面循环剪切及后直剪特性,在不同法向应力与循环剪切幅值条件下进行了一系列单调直剪(MDS)、循环直剪(CDS)、后循环直剪(PCDS)试验,并综合对比分析了后循环直剪与单调直剪试验结果。试验结果表明,在循环直剪作用下,5种筋-土界面呈现出明显的剪切硬化现象,剪切刚度随循环次数增加而逐渐增大,而界面阻尼比随循环次数增加而减小。在该试验中的3种不同循环剪切位移条件下的加筋界面所引起的收缩量随剪切幅值的增大而显著增加,收缩量的增幅分别为18.6%,22.2%。在后循环直剪试验中,5种加筋界面的应力-位移曲线表现出明显的峰后软化现象,界面似黏聚力与内摩擦角随循环剪切作用而明显增大,后循环直剪试验的峰值、残余似黏聚力和内摩擦角的结果均大于单调直剪试验的相应结果。

不同含水率下残积土-织物界面动力剪切特性研究

降雨和动荷载作用下花岗岩残积土路基边坡极易发生失稳,采用加筋土技术能够有效增强路基的强度和稳定性。为反映土工织物加筋花岗岩残积土路基边坡在含水率和动荷载影响下的界面动力剪切特性,利用室内大型直剪仪,通过水平循环直剪试验研究了含水率(12%、16%、20%、24%)、竖向应力(50、100、150、200 kPa)和剪切幅值(1、3、6、9 mm)对花岗岩残积土-土工织物界面动力剪切特性的影响,分析了3个因素作用下筋土界面剪应力、竖向变形和剪切模量的变化规律,并对筋土界面剪应力规律进行回归分析。结果表明:循环剪切过程中,高含水率(20%、24%)、大剪切幅值(6、9 mm)下筋土界面呈现剪切软化的发展趋势;不同竖向应力下,12%含水率的筋土界面在循环直剪过程中呈现剪切硬化规律,而24%含水率的界面呈现剪切软化规律,竖向应力的增加能够减缓界面随含水率增加而剪切软化的趋势;含水率为16%时竖向变形最小;界面剪切刚度随含水率和剪切幅值的增加而减小,在循环剪切作用下降幅增大;以Kondner双曲线为基础,根据修正Masing曲线法建立了与含水率相关的滞回圈表达式,计算所得滞回圈曲线与试验结果拟合较好。

硫酸盐渍土-混凝土界面循环剪切特性研究

为了研究动荷载作用下盐渍土与混凝土界面的剪切特性,采用室内大型动态直剪仪,对自制硫酸盐渍土与混凝土界面进行一系列单调直剪、循环直剪及循环后单调直剪试验。试验研究5种含盐量(0%,1%,2%,3%,4%)、3种剪切位移幅值(3,6,9 mm)、3种剪切频率(0.25,0.5,1 Hz)等因素对界面循环直剪特性的影响,并对比分析单调直剪和循环后单调直剪试验中不同含盐量下界面抗剪强度的变化规律。研究结果表明:含盐量为0%,1%,2%,3%时,界面峰值剪应力在循环前期出现明显下降趋势,在随后的循环周期内略有增强,含盐量为4%时界面峰值剪应力先增大后减小,循环16圈后达到应力最大值;剪切过程中剪胀量变化主要集中在前10次循环周期内,随着循环次数增大,剪胀量逐渐减小。较大剪切位移幅值和较高剪切频率下的循环加载将使界面剪应力提高。循环后单调直剪试验中界面抗剪强度较单调直剪试验的界面抗剪强度有所提高,并且循环剪切作用减弱了含盐量对界面抗剪强度的影响。

循环剪切作用下砾石-格栅界面颗粒破碎特性研究

为了研究循环剪切条件下砾石-格栅界面剪切破碎特性,分别在不同循环剪切位移幅值、竖向应力、剪切频率和循环次数等条件下进行筋土界面循环直剪试验。通过分析循环剪切前后颗粒级配变化,并采用相对破碎率量化颗粒破碎程度。试验结果表明:各剪切位移幅值下滞回圈峰值剪切应力随着循环次数增加逐渐增大,剪应力会受到颗粒破碎影响产生波动;颗粒破碎主要是由于循环剪切作用,剪切位移幅值的增大促进颗粒相对破碎率的增加,并且两者符合双曲线函数关系;竖向应力、剪切频率与相对破碎率之间的关系均可用对数函数描述,最大相对破碎率分别为13.54%和11.22%;循环次数对颗粒相对破碎率影响较大,循环次数越多,颗粒破碎率越大;在不同试验条件下,通过双曲线函数拟合颗粒相对破碎率与输入塑性功之间相互关系效果良好,两者呈非线性正相关关系。