间歇性循环荷载下冻融风积土变形特性及分数阶预测模型

列车运营对路基的长期作用由振动加载、荷载间歇交替组成,已往研究多只考虑振动加载周期对路基土体强度和变形特性的影响,而忽略了间歇期的影响。为研究间歇性循环荷载作用下风积土路基变形特性,利用GDS DYNTTS冻土动三轴仪,开展不同有效固结围压σ_(3c)、冻融循环次数FT、动应力幅值σ_(d)^(ampl)和振动频率f的间歇性循环荷载下风积土动三轴试验,研究间歇性循环荷载下冻融风积土变形特性及其影响因素。试验结果表明:间歇性循环荷载作用下风积土累积塑性应变曲线呈稳定型、发展型和破坏型三种形态。间歇阶段能够在较大程度上削弱土体的应变累积,从而使其较连续荷载作用下变形减小。基于极差方法,确定动应力幅值是影响风积土累积塑性应变的最重要因素,其余依次为有效固结围压、冻融循环次数、振动频率。采用双Abel黏壶建立考虑间歇性循环荷载作用的冻融风积土分数阶累积塑性应变预测模型,并与试验结果进行了对比分析,二者吻合度较高,说明该文建立的分数阶累积塑性应变数学模型可合理预测间歇性循环荷载作用下风积土路基长期变形特性。研究成果可为季节性冻土地区路基工程设计和灾害防治提供科学依据。

间歇循环荷载和循环围压共同作用下软黏土变形特性试验研究

对软黏土开展两类循环三轴试验,即连续循环加载和间歇循环加载三轴试验,研究了间歇循环荷载和循环围压共同作用下软黏土变形特性,分析了循环围压和间歇停振阶段对软黏土累积轴向应变的影响。试验结果表明,与连续循环加载条件对比,间歇停振阶段的存在对软黏土变形特性影响显著,间歇停振阶段因超孔隙水压力的消散而引起的变形不容忽视。另一方面,随着循环围压的增大,对应的累积轴向应变增量减小。不同循环围压条件下累积轴向应变增量的差异在第一加载阶段循环荷载作用期间较为显著,而在随后循环加载阶段中可以忽略不计。基于上述试验结果,提出了一个间歇循环荷载作用下考虑循环围压影响的软黏土累积轴向应变计算模型,预测结果与实测数据较为吻合。上述研究成果可加深对间歇性循环荷载作用下软黏土变形规律的认识。

不同排水条件间歇循环荷载作用下软黏土变形特性试验研究

以往研究中通常采用间歇加载循环三轴试验来研究交通荷载作用下软黏土的变形特性。但交通荷载引起的土单元应力场中,水平应力和轴向应力循环变化。而且在循环加载阶段和间歇停振阶段,土体孔隙水均可以排出。因此,通过对软黏土开展两类循环三轴试验,即不排水和部分排水条件下的间歇加载循环三轴试验,研究了间歇循环荷载作用下软黏土变形特性,分析了循环围压和排水条件对软黏土累积轴向变形的影响。试验结果表明,累积轴向应变受循环围压和排水条件影响显著。累积应变增量随加载阶段的增加而减小,但不同循环围压下应变增量的衰减程度不同;在部分排水条件下,应变增量随循环围压增加而增大,而在不排水条件下则下降;另一方面,相较于不排水条件,部分排水条件下应变增量的衰减程度更为显著;同时,不同试验条件下应变增量的差异性在第一个加载阶段中较为明显,而在后续加载阶段中则可以忽略。基于上述试验结果,提出了一个考虑循环围压和排水条件影响的预测间歇循环荷载作用下软黏土累积应变的表达式,预测结果与实测值较为吻合。上述研究成果有助于加深对间歇循环荷载作用下软黏土力学性质的认识。

间歇固结排水条件下上海原状饱和软黏土的动力特性试验

针对高铁列车荷载引起的地基长期沉降,既有动三轴试验研究往往忽略高铁运营期间存在间歇期、加载方式实际为分阶段加载的情况。基于此,本文通过一系列循环三轴试验研究间歇阶段固结排水条件下上海饱和软黏土在动应力影响下的动力特性,并探讨不同动应力和不同加载方式对土体轴向累积塑性应变的影响。研究结果表明:在不同动应力影响下,间歇期固结排水产生的轴向累积塑性应变增量随间歇阶段的后移始终呈非线性减小的发展趋势;当振次相同并且动应力幅值为10 kPa时,分阶段加载产生的累积塑性应变大约是连续加载的3倍;当振次相同并且动应力幅值为30 kPa时,连续加载产生的超孔压大约是分阶段加载产生的超孔压的5倍。分阶段加载使高铁地基产生更大的沉降,对高铁运营的安全性提出更高的要求。

金属材料超声疲劳试验数据的一致性分析

超声疲劳试验技术已被广泛用于金属材料的超高周疲劳性能测试。超声频率条件下开展试样的超高周循环加载时,需要采用间歇加载控制试样发热,这会影响到试验结果一致性。同时,当循环周次由高周跨越至超高周后,疲劳试验结果对试样形状、尺寸、表面质量和内部缺陷更为敏感。基于大量的试验结果对这些影响因素进行了一致性分析。结果表明,加载间歇比和试样形状、尺寸对试验结果均有影响;试样表面质量与内部缺陷存在竞争效应;通过疲劳S-N曲线可以有效预测内部缺陷对超高周疲劳的影响。

循环荷载下断续裂隙岩体的变形特性

断续裂隙岩体在地震、波浪冲击、动力机器运转等动力循环荷载作用下的疲劳特性是岩石力学的一个基础课题。采用预制断续裂隙类砂岩模型试样单轴动循环加载试验,借助测试到的荷载–位移曲线从不可逆变形与总变形随循环次数的演化规律入手探讨了含2、3条裂隙试样循环荷载下的疲劳变形规律,并对影响裂隙试样疲劳变形的加载频率、循环荷载水平及裂隙空间位置等因素进行了讨论分析。研究发现:断续裂隙岩体的疲劳变形演化规律与完整岩石、完全离散的节理化岩体一致,均可划分为3个阶段:初始变形阶段、等速变形阶段与加速变形阶段;其疲劳破坏时的变形量与周期荷载的上限荷载在静态荷载–位移曲线峰值后区对应的变形量相当;同时,断续裂隙岩体疲劳变形除受加载频率及荷载水平的影响之外,还受到裂隙空间位置的明显影响。

间歇性循环荷载条件下饱和重塑黏土的动力特性试验

针对运营期地铁列车荷载引起地基的长期沉降,以往三轴试验主要考虑了围压和固结比等对软土长期动力特性的影响,但在模拟地铁列车荷载时忽视了其周期性间歇的特点.基于此,本文针对天津地区饱和黏土开展了一系列间歇性循环荷载条件下的循环三轴不排水试验,分析了其对饱和黏土动应力-动应变关系、累积塑性应变及孔隙水压力发展的影响,并探讨了不同固结比和动应力比对轴向塑性累积应变的影响.研究结果表明:饱和黏土的动应力-动应变曲线的滞回形态随着振动阶段的增加逐渐向应变轴发展;黏土累积塑性应变随振动阶段发展逐渐增大且增长速率逐渐下降;由于土体滞后效应,在停振期部分累积塑性应变产生恢复,随着振次增加,各阶段残余应变值逐渐减小至一个稳定值;等压固结条件下的轴向塑性累积应变明显比偏压固结下的轴向塑性累积应变更大,同一固结条件下,轴向塑性累积应变随动应力比增大而增大;动孔压随振动阶段逐渐累积,而在前期振动循环阶段的停振阶段,累积动孔压出现略微增加;振动阶段后期部分,由于土体被压密表现为黏弹性,在停振期出现下降现象.

微波间断加载对柱状煤瓦斯解吸特性的影响

为揭示微波实时加载作用对柱状煤瓦斯解吸特性的影响,采用自主研制的微波实时加载作用下煤体瓦斯解吸渗流实验装置,开展了无微波作用及微波间断加载作用下柱状煤瓦斯解吸对比实验。结果表明,微波间断加载对柱状煤瓦斯解吸具有明显的促进作用,微波加载时间越长,微波输出能越多,累计解吸量越大,解吸速率也相应越高。微波加载对瓦斯解吸的瞬时提速作用效果显著,经微波加载120 s,瓦斯解吸速率最大提高到加载微波前的5.1倍。动力学分析表明,动扩散系数模型可以较好地描述微波间断加载作用下柱状煤中瓦斯解吸的动力学规律,微波间断加载能够提高瓦斯扩散能力,降低扩散系数的衰减。

考虑时间间歇效应的粉土动力特性

列车荷载是揭示路基真实动力响应特性的前提,以往的动三轴试验将列车荷载视为连续动荷载,忽略了追踪列车间隔时间对路基土体动力特性的影响.利用室内动三轴仪对粉土开展了连续加载和间歇加载(连续加载与间歇交替循环)的动三轴试验,分析了两种加载方式下粉土超孔隙水压力、回弹模量、累积塑性应变等的发展规律.研究结果表明:持续动荷载作用下累积的超孔隙水压力在间歇阶段会发生消散,轴向应变在间歇阶段得到一定程度恢复,进而提高了试样抵抗变形的能力;室内动三轴试验忽略间歇效应将高估列车动荷载作用下试样超孔压和塑性应变的累积量及发生破坏的可能性;间歇加载下试样的永久变形行为可依据安定理论划分为塑性安定、塑性蠕变和增量破坏.

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。

低负荷条件下水冷制冷机间歇运行分析

水冷制冷机在低负荷条件下运行时,供回水温差小,制冷机运行效率低、能耗高,制冷机启停频繁。在分析制冷机调节控制的基础上,提出了低负荷条件下制冷机间歇运行控制策略。以武汉轨道交通某地铁站的空调水系统为对象,对该间歇运行控制策略进行了验证。典型日的夜间运行结果表明:制冷机采用间歇运行控制策略相比于既有运行控制策略,过渡季和制冷季水系统节能率分别为55.4%和51.8%;过渡季制冷机的启停次数由原来的19次减少至12次,制冷季制冷机的启停次数由原来的6次减少至5次。实践证明,该策略可以提高制冷机运行效率,缩短制冷机运行时间,节能效果显著,同时可减少低负荷条件下制冷机的启停次数,保护制冷机,延长制冷机的使用寿命。

间断供暖房间中热桥效应的动态变化特征

夏热冬冷地区冬季房间大多采用间断供暖模式,墙体的温度随着供暖时间发生明显的波动,房间热桥效应随时间的变化也比较明显。利用数值模拟的方法,研究了外墙采用内、外保温方式时房间热桥效应的动态变化特征。研究结果表明,随着供暖时间的增加,房间热桥效应会越来越强,且外保温的热桥效应及其波动幅度均小于内保温;外墙采用内保温时热桥区能耗增加率要比外保温高出50%左右。

间歇性循环荷载下原状淤泥质软黏土应变预测模型

针对以往交通荷载下软土塑性应变的研究大多忽视时间间歇影响的问题,考虑不同相对偏应力水平和停振比,设计不排水连续和停振循环三轴试验,对试样采用沿K0线的应力路径固结,研究原状淤泥质软黏土在列车间歇性荷载下的长期应变发展规律.通过分析连续振动试验结果,发现相对偏应力水平对归一化塑性应变增长率与振次的关系无影响,仅影响等效初次塑性应变.由于在间歇期土体强度增加,在间歇性循环加载下软土归一化应变增长率显著减小,并且趋于稳定所需的振次随之减少.基于双曲函数拟合结果,分析停振比对归一化应变增长率的影响规律,发现归一化增长率与振次的关系曲线的形状参数与停振比线性相关.建立考虑间歇效应的塑性应变长期发展曲线预测模型,该模型由等效初次塑性应变计算模型和归一化增长率计算模型两部分组成,经验证模型预测效果较好,可以用于地铁荷载下软土地基长期应变的计算分析.

间歇性循环荷载下路基细粒土填料永久变形特性及预测模型

实际列车运营条件下相邻列车间存在一定的时间间隔,因此,列车对路基的长期作用由列车通过时的振动加载和无列车通过时的荷载间歇组成,即间歇性循环荷载。为探究路基在列车间歇性动荷载作用下的变形特性,开展了连续加载与间歇加载(单级、多级加载)的动三轴试验,研究了间歇加载下累积塑性应变的发展规律,并提出了相应的累积塑性应变预测模型。研究结果表明,间歇加载提高了试样抵抗荷载的能力、降低了累积塑性变形的发展;间歇加载下试样的累积塑性应变曲线呈"阶段式"增长,不同于连续加载下累积塑性应变曲线"平顺型"发展的特点;基于时间硬化方法对双曲线模型进行改进,并对间歇加载(单级、多级加载)下稳定型和临界型试样的累积塑性应变进行预测,取得了良好的预测效果。研究结果对于深入分析实际列车荷载作用下路基土体的变形特性和沉降预测具有一定的指导意义。

间歇性循环荷载作用下细粒土的变形特性

铁路路基承受的列车动荷载作用由列车通过时产生的周期性振动和无列车通过时的加载间歇组成,针对此工程背景,开展不同围压、水的质量分数、动应力条件下的连续加载与加载-停振的动三轴试验,研究间歇性循环荷载作用下细粒土的超孔隙水压力、弹性应变、回弹模量和累积塑性应变的变化规律.试验结果表明,加载间歇对路基变形特性有显著影响.由于加载间歇阶段试样卸载以及排水作用,试样在加载阶段积累的超孔隙水压力在间歇阶段消散,土体内部颗粒及结构得到调整,试样抵抗后续荷载的能力得到提高.此外,加载间歇显著减缓了后续加载阶段的塑性应变发展,降低了试样的累积塑性应变.加载间歇对提高试样回弹模量、降低弹性应变的效果有限.加载-停振的间歇加载方式可以更准确地模拟实际列车荷载作用,进而获得更具实际意义的试验结果.

考虑间歇效应的循环荷载下软黏土刚度软化特性

天然软土地基在地铁运营期受到周期性振动和间歇的反复作用,间歇期内软土力学特性的变化将影响其刚度软化,但以往关于交通荷载下软土刚度软化的研究大多忽视发车间歇的影响.为此,考虑不同动应力比、单位间歇时长和振动时长,设计不排水连续和停振循环三轴试验,对试样采用真实K 0固结,研究原状淤泥质软黏土在列车非连续荷载下的长期刚度软化规律.通过对比连续振动和间歇振动试验结果,发现间歇对刚度软化有削弱作用,可减少大循环周数下残余软化指数,缩短快速软化期经历的循环周数.基于试验结果深入分析间歇的影响机制,发现加载初期软土受激振作用影响,土体结构动态调整滞后至间歇期,导致孔压持续增长,软土软化,平均软化速率提高;一定循环周数后,软土由于在前期间歇和振动阶段集中对结构进行调整,土体结构提前进入稳定状态,间歇期消散部分孔压,恢复部分刚度,导致下一次振动软化速率降低,间歇期恢复的刚度随振动次数增加而累积,致使最终残余软化指数显著提高;同等条件下,间歇时长越长,初期软化速率越大,软化速率随振动次数增加的衰减也越显著,导致进入稳定期所需的振动周数越少,整体软化程度削弱越明显.

间歇性变围压循环荷载作用下饱和软黏土变形特性

交通荷载由循环加载和间歇停振两部分组成,间歇停振对土体动力特性的影响不容忽视。交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。因此,通过对软黏土开展一系列间歇性变围压循环加载试验,对饱和软黏土在间歇性加载和循环围压作用下的变形特性进行了研究,分析了循环围压和间歇停振阶段排水条件对软黏土累积轴向应变的影响。研究结果表明,不同试验条件下软黏土累积轴向应变增量随加载阶段的变化趋势保持一致,即累积轴向应变增量随加载阶段的增加逐渐减小。累积轴向应变增量随循环围压的增大而减小。间歇停振阶段不同排水条件下,试样累积轴向变形变化规律也有所区别:部分排水条件下,循环加载阶段产生的超孔隙水压力在间歇停振阶段消散,试样累积轴向应变在间歇停振阶段有一定程度的增长;不排水条件下,循环加载阶段产生的一部分变形在间歇停振阶段得以慢慢恢复,试样累积轴向应变有所减小。上述研究成果可加深对间歇性循环荷载作用下软黏土变形规律的认识。

间歇运行提高二沉池负荷能力

通过对竖流式和平流式沉淀池进行间歇运行和连续运行模拟试验,探讨出水前静态沉淀对表面负荷的影响。试验结果表明在相同的进出水水质条件下,交替式内循环活性污泥系统间歇沉淀运行方式下的表面负荷最大值可比连续沉淀的表面负荷值高出约4倍,为同类工艺设计过程中选取较大的表面负荷提供了理论依据。这项研究结果的应用将大幅缩减工程投资。

循环-间歇加载下粉土永久变形特性试验

真实地揭示路基填料在交通荷载作用下的永久变形特性可为路基设计和评估提供依据。利用动三轴仪,对粉土开展了连续循环加载和间歇加载(连续加载阶段与间歇阶段交替循环)动三轴试验。分析了间歇阶段对粉土的轴向应变和累积塑性应变等发展规律的影响,并重点研究了间歇加载方式下粉土的累积塑性应变行为特征。试验结果表明,间歇阶段的存在对提高试样抵抗永久变形的能力有积极作用,动三轴试验中应考虑荷载间歇阶段的影响。依据安定理论,间歇加载方式下,粉土的动力行为可划分为三类:塑性安定、塑性蠕变和增量破坏,并提出了间歇加载方式下粉土试样临界应力的表达式和累积塑性应变预测模型。研究结果对深刻认识路基的永久变形特性具有参考价值。

考虑时间间歇效应的地铁列车荷载下海相软土长期动力特性试验研究

软土地基在地铁运营期受到周期性振动和间歇的反复作用,间歇期内软土力学特性的变化将影响其长期动力响应,但以往关于交通荷载下软土动力特性的研究大多忽视时间间歇的影响。考虑不同动应力水平、不同振动和间歇时长的耦合作用,设计一系列不排水连续–停振循环三轴试验,采用K0固结条件,研究原状海相软土在列车非连续荷载下的长期孔压、变形特性,通过与连续振动试验对比,发现荷载间歇对软土动力特性有显著影响,由于间歇期动力特性改变,软土后续加载稳定时的最大残余孔压和应变明显降低,且孔压、应变响应趋于稳定时所需的振次减少而时间增加。基于试验结果,深入分析时间间歇效应的作用机制和间歇时长对软土长期动力特性的影响。结果表明:间歇期软土内结构进一步调整使得振动期激振停止时部分未及时恢复的弹性后效孔压和应变得以恢复,这部分孔压和应变在振动期重复发生,导致按传统方式计算出的振动期表观残余孔压和应变总和远大于连续振动;同等条件下,间歇时长越长,软土孔压和应变响应被削弱程度越大,达到稳定时的最大残余孔压和应变越小,进入稳定期所需时间越长。研究对于地铁荷载下软土地基长期沉降的计算分析有推动意义。