砾类土在循环荷载作用下的变形影响因素试验研究

砾类土是新疆铁路和公路常用的路基填料,为了控制和减小砾类土路基的沉降,首先需要明确各因素对该类路基在循环荷载作用下的变形影响规律。通过动三轴试验研究围压、初始静偏应力、循环荷载作用频率、循环荷载大小和固结比对砾类土累计塑性变形的影响规律,得出其累计塑性应变随着初始静偏应力、循环荷载大小的增加而增大,随着围压、荷载作用频率和固结比增加而减小。同时计算各影响因素对累计塑形应变的极差,得出影响因素对累计塑形应变影响的大小。在路基施工时,可以通过提高路基的围压,同时使路基充分固结来减小路基的营运沉降。提出一种针对砾类土应变较小时的塑性累计变形模型,并验证模型的正确性,可为新疆砾类土路基的设计和施工提供参考。

交通荷载引起的静偏应力对压实黄土动力特性的影响

区别于地震荷载,交通荷载作用下的静偏应力对土体动力特性的影响显著。通过室内动三轴试验研究静偏应力对压实黄土动应力-应变关系的影响规律,分析动模量随加载振次的变化规律。结果表明:静偏应力可以显著提高同等动应变幅值下土体的动模量;随着静偏应力的增加,土体的动应力-应变关系在一定的起始动应变幅值范围内呈线性关系。当不考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐衰减;当考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐增大。此外,通过将动力荷载作用下土体的循环累积应变分解为动力蠕变和弹性应变,对土体的滞回特性进行了修正,修正之后静偏应力对土体动模量的强化作用更加明显。修正方法可为交通荷载作用下路基的动力响应和长期变形分析提供更为清晰的研究思路和意义明确的力学参数。

饱和砂土静动力剪切特性对比分析

在相同的初始应力条件下,通过进行循环扭剪试验和单调剪切试验,对比了初始固结应力状态完全相同时,饱和砂土的静动力剪切特性的相关性。试验结果表明,在初始固结应力状态相同的情况下,单调剪切和循环扭剪过程中,应力-应变关系的应变软化和硬化特性与流滑变形和循环流动特性具有密切的相关性,尽管在两种加载模式下都出现应变软化特性,但偏应力比增长均表现出硬化特性,增长模式也几乎一致,能作为静动力本构模型的物理基础。这一结果为对静力条件下的弹塑性模型进行修正和推广,从而进一步描述动荷载条件下的应力-应变特性的本构模型的建立提供了依据。

考虑先期卸荷静偏应力的花岗岩残积土动力特性研究

先期静偏应力对土体的动力特性具有重要影响,以往的研究多侧重于加载引起的静偏应力,考虑先期卸荷作用影响的土体动力性质试验研究还很少见。围绕先期卸荷条件下原状花岗岩残积土的动力响应特征,开展了一系列包含先期卸荷阶段的动态三轴试验;基于土体强度包络线、试样固结及卸荷后应力状态三者之间的位置关系定义了卸荷度,用于表征实践中受诸多因素影响的土体应力释放程度,卸荷度反映了卸荷土体距离破坏状态的相对远近;根据试验结果分析了动应力幅值和卸荷度对土体累积塑性变形和动强度的影响规律。结果表明:随着动应力幅值的增大,轴向塑性变形累积模式加速向“破坏型”发展;先期卸荷作用助长了花岗岩残积土的轴向累积塑性变形,间接表现为临界动应力幅值随卸荷度的增大而减小,且此种助长效应随卸荷度的增大呈非线性(加速)增强趋势;相同循环周次下,花岗岩残积土的动强度随卸荷度的增大而减小。在此基础上,以临界动应力幅值为归一化因子,发现不同卸荷度下土体的动强度曲线可归一化为唯一的曲线,据此建立了可考虑先期卸荷程度影响的花岗岩残积土动强度表达式。

循环荷载下饱和软黏土振后强度弱化研究

本文以宁波轨道交通淤泥质黏土为对象进行动、静三轴试验,探讨了不同围压、静偏应力、动应力作用下淤泥质黏土振后强度弱化规律和不排水剪有效应力路径发展规律,获得了土的强度弱化参数,结果表明:与常规不排水三轴剪切试验结果相比,振后孔压发展曲线表现出超固结土的特性,出现剪胀现象,动应力比、初始静偏应力比越大,越为明显;振后孔压累积,有效应力减小,抗剪强度随静偏应力的增大而减小,建立的u/σ3～qsd/qs线性表达式可较好地描述土的强度弱化比-归一化孔压之间的关系;随着静偏应力的增大,应力路径曲线而向左偏移,研究结果为轨道交通的动力设计提供了参考。

地铁隧道基底围岩动三轴试验研究

为研究列车荷载对地铁隧道基底围岩的动力响应机制问题,以地铁某站为工程背景,采用GDS动三轴试验系统对饱和中风化粉砂岩进行研究,分析不同静偏应力比、动应力比、加载频率及围压对饱和中风化粉砂岩作用机制。结果表明:随着加载循环次数的逐渐增大,累计塑性应变曲线在静偏应力比小于等于0.369时表现为稳定型,在静偏应力比为0.5时表现为非稳定型,累计塑性应变与静偏应力比呈指数函数递增关系;累计塑性应变曲线在动应力比小于等于0.048时表现为稳定型,在动应力比为0.07时表现为非稳定型,累计塑性应变与动应力比呈指数函数递增关系;不同加载频率下中风化粉砂岩的累计塑性应变曲线均表现为稳定型,累计塑性应变与加载频率之间呈线性函数递减关系;不同围压下中风化粉砂岩的累计塑性应变曲线均表现为稳定型,累计塑性应变与围压之间呈线性函数递减关系。

循环荷载作用下泥炭质土动力累积特性试验研究

工程实践中,泥炭质土由于富含有机质,具有高含水量、低密度、超高压缩性以及低强度的异常力学特性,往往被视为问题土。针对昆明地区交通荷载作用下泥炭质土的动力响应特征,选取滇池草海附近典型泥炭质土,开展考虑围压水平、动应力幅值以及静偏应力影响的不排水循环三轴试验,研究该土的长期累积变形特性。研究表明:研究土样具有典型泥炭质土特征,表现为含水量181.5%~259.3%,密度1.10~1.22 g/cm^3、有机质含量29.9%~53.0%,有机物质分解度较高;动应力幅值和静偏应力对昆明泥炭质土的长期动力特性影响显著,大动应力幅值和静偏应力加剧累积变形和孔压的发展,同时,当动应力水平小而静偏应力大时,累积塑性变形的发展速度反而大;虽然初始围压对累积变形影响较小,但对残余孔压的影响显著。此外,基于双对数坐标下累积应变速率与循环周次关系以及前人研究方法,建立了泥炭质土累积塑性应变与动荷载循环周次间的经验关系。

基于力学-经验模型的交通荷载作用下软基长期沉降计算

为合理表征交通荷载循环作用下各因素对软土累积塑性应变的影响,并对运营期内车辆荷载引起的软土地基沉降进行有效预测,在总结归纳上海地区典型饱和软黏土动三轴试验基础上,充分衡量动、静偏应力耦合效应的影响,给出耦合应力水平的定义,利用耦合指数χ反映动、静偏应力的各自影响程度,以此对循环荷载影响下软土的强度弱化模型进行指数化修正;引入软化指数极限值,提出修正耦合应力水平的概念,建立起综合反映动、静偏应力耦合作用、固结围压、土体结构性、强度弱化及循环加载次数因素影响的软土累积塑性应变模型,并以此模型为基础进行交通荷载诱发的软土地基长期沉降计算,结合申嘉湖(上海—嘉兴—湖州)高速公路沉降实测数据对计算结果进行检验。研究结果表明:通过对强度弱化模型及累积塑性应变模型进行参数分析可知,耦合应力水平对模型的描述在等向、偏压固结状态下具有统一的适用性;申嘉湖高速公路长期沉降计算表明地基浅表层塑性变形最为显著;在运营初期理论计算曲线与实测曲线略有差异,在运营1年后两者差异逐渐减弱,后期保持较强的一致性;随着运营年限逐渐增大,沉降逐渐趋于稳定,预估通车550 d后软土地基累积沉降量达128 mm,与实测数据的相对误差仅为1.68%,说明该模型合理可靠。

静动应力下正常固结黏土循环特性研究

利用动三轴仪对天津正常固结饱和黏土进行循环剪切试验,重点研究静偏应力与动应力组合作用下土体动变形、动弹性模量及动孔压的变化规律。结果表明静偏应力对黏土循环特性影响显著。静偏应力为0时,土体产生拉应变,其随动应力增加不断增大,量级为10-3。静偏应力大于0时,土体产生压应变,此时若动静应力比小于1,压应变随动应力增加不断增大;若动静应力比大于1,压应变不断减小。相同静偏应力下,动弹性模量随动应力增加不断减小;相同动应力下,动弹性模量随静偏应力增加不断减小,且土体更易发生应变软化。静偏应力为0或为拉时,动孔压在-1~1 kPa范围波动。