辽西地区冻风积土动力特性试验分析

动荷载作用下冻土的动力学参数是寒区工程抗震设计的关键。基于大量室内动三轴试验,研究了地震荷载作用下,辽西冻风积土的动强度σd、动变形εd、动弹性模量Ed和动阻尼比λd等动力学参数与土体含水量w、温度T、围压σ3c、动应力幅值σdamx和频率f等条件的关系。试验中采用三水平六因素的设计方法共进行了18组试验。试验结果表明,在相同振次水平条件下,冻土的动变形随动应力幅值的增大和温度上升而增大;在相同温度条件下,冻土的动剪切强度τd随着围压的增加而增加;低温冻土(-15℃)的动强度和动弹性模量要高于高温冻土(-2℃)的动强度和动弹性模量;冻土的动阻尼比随着变形和频率的增加而降低,随着含水量的增加而增加。上述规律为辽西风积土地区建设工程提供了较为可靠的抗震设计依据。

古尔班通古特沙漠季节性冻土入渗特性试验研究

以古尔班通古特沙漠南缘融雪期冻结土壤入渗试验为依据,分析了沙漠地区季节性冻土水分入渗特性及主要影响因素。结果表明：沙漠地区季节性冻土具有较高的入渗能力,沙漠冻结风沙土的稳渗率为0.26-0.30 mm/min,是田间冻结壤土的10-20倍,可以保证融雪水及时入渗进入土壤,为融雪水的高效储存创造了有利条件。入渗能力随着土壤含水率的升高而减小。沙地土壤初始的低含水率、土壤大孔隙结构特征是沙地冻结土壤具有较高入渗能力的主要原因。研究结果为进一步研究春季融雪水在沙地的再分配过程奠定了基础。

高寒草甸地区沙漠化发展过程及成因分析——以黄河源区玛多县为例

遥感监测和野外调查研究结果表明:玛多县的沙漠化经历了由迅速发展到急剧逆转的过程,其中,20世纪80年代到2000年是沙漠化迅速发展的时期,沙漠化土地面积从1987年的12 827.6km2增加到16 330.7km2,达到全县土地总面积的64.7%,而在此后的6a里,沙漠化状况得以有效逆转,在2006年,沙漠化土地下降到12 977.2km2,年均逆转面积为559km2;研究区沙漠化发生、发展的主要原因是气候变暖引起的冻土退化,以及随之引起的表土干旱化、草场退化、鼠害等;人类活动虽然在研究区沙漠化发生、发展过程中没有起到主导作用,但是可以通过以草定畜、围栏、灭鼠等措施有效控制沙漠化的发展,并使其得到逆转。

无机结合料稳定土层防治道路冻害的试验研究

为了防治辽西道路冻害的发生,保障交通的正常运输,延长道路的使用年限,在分析辽西地区水文、地质的基础上,对不同水泥、石灰含量的水泥煤渣稳定土和石灰粉煤灰稳定土冻结特性进行了试验研究。试验结果表明,水泥、石灰无机结合料的加入导致土体自上而下的冻结温度梯度减小、土体黏聚力增大,而由冻结作用产生的冻胀、水分迁移能力减弱,冻害发生的概率也相应地降低。综合其它因素,从防治道路冻害的角度来看,水泥重量含量的最优值为6%左右;石灰重量含量的最优值为14%左右。

冻风积土的塑性损伤阈值及演化规律

为了获取冻风积土在循环逐级加载过程中发生的动力损伤特征,通过对不同负温、围压及振动频率条件下的冻风积土试样进行动三轴试验,测得其动应力-应变曲线。按照冻风积土发生各向同性损伤及塑性应变增量垂直于屈服面的基本假设,利用塑性势函数F(Y,D,σ)相关联流动法则并按照R-O硬化定律建立了冻风积土加载过程中塑性损伤演化模型(P模型)。利用文中提出的有效应力分析方法对试验所测得总动应变中所包含的累积塑性变形部分进行分离,实现了对P模型中参数拟合的目标;根据一、三主应力对D-P屈服边界进行划分以确定加载过程中弹塑性变形特征。通过分析裂隙发展规律研究冻风积土内部塑性损伤演化过程,将累积塑性变形变化率曲线的拐点作为冻风积土发生塑性损伤的阈值,给出了确定初始发生塑性损伤的理论依据。研究结果表明:P模型与相关文献模型确定的塑性损伤变量变化规律具有一致性,为冻风积土路基或基础的动力灾害防治研究提供理论基础。

考虑D-P边界退化的冻风积土蠕变损伤规律研究

为研究季冻区冻风积土的蠕变变形规律及损伤演化规律,采用冻土GDS三轴测试分析系统开展了不同负温条件下三轴蠕变试验,分析了不同负温对冻风积土蠕变损伤特性的影响。根据典型蠕变曲线的三阶段特征提出了蠕变损伤时间阈值及屈服时间阈值确定方法。根据Kachanov对混凝土材料蠕变损伤的假设,对冻风积土的弹性模量及抗剪强度参数进行弱化,分析了不同负温条件下,不同蠕变损伤阶段冻风积土蠕变损伤规律。将西原模型中塑性元件改进成了具有损伤特征的非线性黏塑性体,并假设其服从于Drucker-Prager屈服准则,建立了冻风积土分阶段的蠕变损伤模型,将模型计算值与实测值进行比较,验证模型的合理性。研究结果表明:温度对冻风积土蠕变特征影响显著,温度低于-15℃时仅出现蠕变第I、II阶段,温度高于-10℃时会出现第III阶段,分阶段蠕变损伤模型可以较好地描述冻风积土在不同蠕变阶段损伤特征;屈服边界退化是导致冻风积土发生蠕变损伤的主要原因,发生蠕变损伤后会导致屈服边界不断缩小以及有效应力不断增加,塑性区的范围不断扩大,发生蠕变损伤后有效应力状态点会落在损伤后的屈服边界附近。

辽西冻风积土动力测试与动损伤机理研究

风积土颗粒间包含的孔隙自由水在冬季负温作用下会发生冻结现象。为研究冻风积土在行车等动荷载作用下产生的动力损伤机理及其特征,利用GDS冻土三轴测试系统对不同条件下的冻风积土试样进行三轴加载,获得了不同条件下的动应力–应变曲线,并利用有效应力分析法对损伤有效应力及累积塑性变形进行确定。将Helmholtz自由能作为塑性势函数建立了损伤演变率与损伤释放率之间的数学关系,并依照塑性势函数和累积塑性变形率间的线性假设建立损伤演化模型。利用本文所提出的有效应力分析法对建立的P模型参数进行拟合,结果表明P模型计算结果与相关文献动损伤模型计算结果比较吻合。对比由循环加载造成的疲劳损伤与塑性区发展造成的塑性损伤发展过程,得到了冻风积土初期动损伤以塑性损伤为主,后期以疲劳损伤为主的结论,并且确定各条件下塑性损伤的阈值,为冻风积土路基的动力灾害防治提供理论依据。