循环荷载下改良煤矸石路基填料累积变形及预测模型研究

煤矸石的排放与堆积问题由来已久,将其用于路基填料是缓解煤矸石问题的重要措施。为进一步提高煤矸石路基的承载能力,充分利用煤矸石材料含有较多硅、铝、钙等元素氧化物的性质,采用红黏土、石灰对煤矸石路基粗颗粒填料进行固化改良。通过正交试验,确定了各掺入料的最佳掺入量为红黏土10%、石灰5%。在此基础上,开展了交通荷载下固化改良煤矸石试样的大型动力特性试验,分析了试样累积塑性变形随循环荷载振动次数曲线的变化规律。研究发现,累积变形的变化可分为3个阶段:快速增长阶段、减速增长阶段、基本稳定阶段。动应力幅值越大,累积变形越大,表明交通重载将导致路基填料发生更大的累积变形。基于Sigmoid函数,推导了循环荷载下改良煤矸石路基填料的累积变形计算模型,分析了模型参数的物理意义,并验证了模型的正确性。研究成果对于煤矸石路基的设计与施工具有一定的指导价值。

不同循环荷载频率下软黏土动力特性试验研究

通过开展饱和重塑软黏土GDS动三轴试验,研究了不同频率、循环荷载动应力比和初始有效应力作用下土体不排水累积轴向应变、累积孔压及回弹模量演化规律,并探明相关作用机理。研究结果表明:循环荷载动应力比、初始有效围压和频率对土体累积轴向应变、累积孔压及回弹模量影响较大。土体累积轴向应变、累积孔压与动应力比、初始有效应力呈正相关,与回弹模量则呈负相关。低循环应力比下,频率越高,软黏土产生的轴向累积应变与孔压越大,试样回弹模量越小;当动应力比过大时,软黏土试样则呈现相反的规律。根据上述规律,提出在不排水循环条件下,土颗粒吸收振动所产生的能量导致吸附于表面的强弱结合水发生转化,且在不同频率交通循环荷载下,软黏土变形受到了频率产生能量与黏土滞后效应的共同影响。研究结论可为交通工程中软土地基的变形计算提供重要参考。

考虑变围压因素的饱和软黏土循环纯压动力特性试验研究

饱和土体的动力特性表现出对应力路径的依赖性。越来越多基于变围压动三轴的试验结果表明:循环围压应力路径对砂土等颗粒材料的变形和回弹特性存在较大的影响。基于变围压动三轴试验,通过循环偏应力与循环围压的耦合模拟真实交通荷载下竖向循环正应力与水平循环正应力的耦合,研究了循环围压对饱和软黏土孔压、永久和回弹变形的影响。试验结果表明:在不排水条件下,与常规恒定围压动三轴试验结果相比,循环围压的存在较大程度地改变了孔压的发展规律,减少了永久变形的累积速度,同时增加了回弹变形(即减少了回弹模量);循环围压幅值与循环偏应力幅值的比值(RPD)越大,永久应变的减少值与回弹应变的增加值越大;并进一步建立了考虑循环围压因素的饱和软黏土永久沉降和回弹模量预测模型。

交通荷载引起的静偏应力对饱和软黏土不排水循环性状影响的试验研究

为研究交通荷载引起的静偏应力对饱和软黏土的不排水循环性状的影响,设计了室内不排水动三轴试验,将动应力简化为静偏应力与正弦荷载的叠加,研究了静偏应力对饱和软黏土变形、孔压发展规律以及动强度的影响。研究表明,静偏应力对土体动力特性影响很大,加快了塑性变形、残余孔压发展,降低了动强度曲线,减小了最小极限循环强度。且静偏应力的影响随着静偏应力的增大而显著。研究结果说明,交通荷载引起的动应力作用下,饱和软黏土更容易破坏。

人造多晶冰的动力学参数试验研究

基于低温动三轴试验,研究人造多晶冰在轨道交通分级循环荷载作用下的本构关系与动力学参数指标。在不同负温、频率条件下,考察试件轴向动应力–应变关系曲线,获得冰的动力本构关系可以用线性黏弹性模型描述;动弹性模量随着温度的升高而降低,随频率增大而增大;黏性系数随着温度的升高而增大,随频率增大而减小的结论;并合理解释了温度、频率对冰的动力学参数指标的影响机理。

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。

交通动载下饱和软黏土累计变形的不排水循环扭剪试验

饱和软土地基上长期往复交通动载将诱发显著的路基运营沉降。交通移动荷载下场地应力路径下呈现心形旋转路径,然而现有路基长期运营沉降分析是建立在循环三轴试验基础上,忽略交通移动荷载下地基土单元主应力轴的旋转效应。利用动态空心圆柱扭剪仪模拟心形循环加载路径,并在动态空心圆柱仪上模拟了传统的循环三轴加载路径。对饱和软黏土开展试验研究,对比观察一系列心形循环加载和三轴循环的不排水累计变形行为。试验研究发现,心形循环加载将诱发更大的累计轴向应变和累计孔压,伴随着初始动应力比的增加,二者差异性更为明显。循环加载过程有效动应力比随着循环次数而增大,循环增量破坏时对应的有效动应力比近似为常数。大数目循环加载下,传统塑性安定行为可渐变为循环塑性蠕变状态。

主应力轴循环旋转下饱和软黏土的累积变形

交通荷载下地基中土单元的主应力大小和方向将同时发生变化,现有的计算交通荷载引起的路基长期沉降实用模型未能反映交通荷载引起的土体单元主应力轴循环旋转现象。在推导常广义剪应力主应力轴循环旋转方程及验证空心圆柱剪切仪动力加载能力基础上,对上海第④层饱和软黏土进行一系列常广义剪应力主应力轴循环旋转加载试验及非等向固结下循环扭剪试验,分析了主应力轴旋转角、围压及静偏应力对循环塑性累积广义剪应变的影响。将常广义剪应力主应力轴循环旋转加载试验等效成不同不排水静偏应力和动应力循环旋转加载试验,从而进一步验证了文献[12]所提出的显式模型在模拟主应力循环旋转效应方面的可靠性。

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.

循环交通荷载作用下饱和重塑黄土变形特性研究

为研究主应力轴旋转作用下饱和重塑黄土的变形规律,借助空心圆柱扭剪仪开展了排水状态下饱和重塑黄土的循环三轴试验和循环交通荷载试验,主要研究了主应力轴旋转对饱和重塑黄土的竖向塑性累积应变、径向塑性累积应变以及八面体塑性累积剪应变的影响。试验结果表明:(1)主应力轴旋转会使土体产生塑性累积变形;土样的竖向塑性累积变形和八面体塑性累积剪应变随循环次数增加呈对数型增长趋势,且循环竖向应力比和循环扭剪应力比与其呈正相关;径向塑性累积应变初期主要表现为拉应变形式,随荷载作用次数的增加,其值逐渐减小并向相反方向累积。(2)主应力轴旋转会加速相应的竖向塑性累积应变,在其他条件一定时,循环交通荷载作用下试样的变形量是循环三轴试验的数倍。(3)重塑黄土在交通荷载作用下竖向变形远远小于原状软黏土,作为路基填筑材料具有一定的优越性。(4)对现有的竖向塑性累积应变计算模型进行了修正,得到了饱和重塑黄土沉降变形的显式预测模型,并对该模型的有效性进行了分析验证。

交通荷载引起的软土地基累积沉降计算方法研究

软土地基在交通荷载下的沉降计算和稳定性保证,是修建低路堤公路的重要环节,而科学的计算方法是其前提和基础。文章以新河(青潍界)至辛庄子高速公路寿光段为例,通过利用循环荷载作用下软粘土不排水累计变形模型—Chai-M iura模型,结合利用F lac3D有限差分程序计算地基中的动、静应力,对软土地基的累计沉降进行了计算。结果表明:对修建在软土地基上的低路堤,反复的交通荷载引起的累计沉降很大,同时变形随深度衰减很快,当深度大于8m后,变形与地表的相比小得多;路基沉降速率与运行时间关系较大,且随时间非线性增长,其中累积沉降及总沉降在通车初期累计沉降发展较快,且累积沉降远大于固结沉降,占总沉降的90%多。

交通荷载作用下砂土力学性质的颗粒流模拟

采用二维颗粒流方法,建立隧道下卧层砂土的离散元数值试样.通过与室内试验的对比,标定了试样的细观参数,模拟了固结排水条件下砂土在循环等应力荷载作用下的剪切试验,分析了固结方式、平均应力、动应力水平等因素对其动力特性的影响,并从配位数和颗粒间接触力的空间分布和变化规律上对加载过程中的宏观动力特性做出了解释.模拟结果表明:应力-应变关系的非线性以及累积塑性应变与动应力水平正相关;动应力水平越高,剪胀效应越明显而高围压下剪胀效应则不明显;动应力幅值越大,砂土密实度越高,而平均应力越大,则密实度越低.

交通荷载作用下低路堤动力特性试验研究

结合连盐高速低路堤,对路堤进行了动应力、振动响应等现场测试,分析了路基中附加动应力及振动位移的变化规律.并且通过应力控制的室内动三轴试验,采用一定的动应力频率、不同的循环应力比来模拟交通荷载,研究了在循环荷载作用下,连盐高速公路饱和软粘土的轴向累计应变、孔隙水压力和轴向周期应变软化的变化规律.实验结果表明:路堤中动应力和振动位移随行车速度和车重的增加而增加,随深度的增加而降低,有效影响深度达2.5m;原状土的临界循环应力比远大于重塑土,承受循环应力能力高于重塑土.因此,要加强浅层路基强度,同时要减少对底部下卧层软粘土的扰动.其结果可为在软土地基上设计和施工低路堤高速公路提供有益的参考.

长期循环荷载作用下饱和软黏土的应变速率

为探讨长期循环荷载作用下饱和黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型淤泥质饱和软黏土进行了室内循环三轴试验,重点研究了饱和黏土的残余应变速率.通过对试验结果的分析发现:在长期循环荷载作用下,黏土的应变速率随时间延长而减小,应变速率对数与时间对数间的关系可用直线描述;初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对黏土的残余应变速率有较大影响.文中结果为长期循环荷载作用下饱和黏土变形机理的进一步研究提供了理论基础.

交通荷载下有砟轨道软土地基长期沉降参数化分析

高速铁路给人民生活带来了极大的便利,但是铁路路基的长期沉降问题非常难以预测。采用德国慕尼黑工业大学陆路交通实验室的沉降模型和广州软土模型,并对模型进行了改进建立新模型,分析了长期荷载对长期沉降的影响,并对道床弹性模量、道床厚度、钢轨质量、钢轨抗弯刚度等因素对长期沉降的影响进行了参数化分析。计算结果表明:道床弹性模量增大,道床沉降减小;道床厚度增加,道床沉降减小;钢轨抗弯刚度增加,路基沉降和总沉降增加;钢轨质量增加,道床的沉降量和道路总沉降量都会增加。

基于三参数有理函数的长期沉降预测模型

传统的双曲线模型在反映长期沉降规律上比较符合实际,但传统的双曲线预测模型在荷载作用次数比较少的时候误差较大,因此,为了提高长期沉降预测模型的精度,通过拟合实验数据,基于三参数的有理函数,建立了预测软土地基的长期沉降模型。通过模型分析结果表明,三参数模型与传统的双曲线模型相比,在循环荷载次数较小的时候获得更好的预测精度。在数值模型计算上通过有理函数模型,并结合分层总和法即可计算地基的长期沉降,计算结论可靠。

循环动荷载下软粘土孔隙水压力影响因素探讨

通过不同循环加载条件下模型试验和现场原型监测试验,研究在交通荷载条件下孔隙水压力累积特性及发展规律,探讨路基软土在循环动荷载下产生累积特性的原因和主要影响因素,通过试验分析得出了交通荷载下路基软土中孔隙水压力累积特性、发展规律以及影响累积特性的主要因素。

考虑主应力轴旋转效应的交通荷载下饱和软黏土变形特性试验研究

采用空心圆柱扭剪仪对原状饱和软黏土开展交通荷载诱发主应力幅值与主应力轴旋转耦合加载路径下的不排水试验研究。通过与循环三轴压缩试验对比,探讨主应力轴旋转对孔压、变形和应力–应变的影响。分析广义剪应力对循环刚度和非共轴性的影响。试验结果表明,相比较循环三轴试验,交通荷载应力路径下所诱发的主应力轴旋转使孔压和应变显著变大,应力–应变滞回圈刚度显著弱化。循环耦合加载路径下,存在剪切应力–应变和正偏应力–应变2种响应,应力–应变刚度呈现各向异性弱（强）化,应变增量矢量有显著的非共轴性,非共轴性有显著分段特征。较低剪应力水平下,应变路径轨迹趋于稳定,循环刚度表现为强化,非共轴性趋于增大;而较高剪应力水平下,应变路径轨迹趋于破坏,随循环弱化,非共轴性减小。

循环荷载下台阶式加筋土挡墙力学与变形性能的试验研究

台阶宽度是影响台阶式加筋土挡墙力学与变形性能的重要因素之一。首先开展室内单级加筋土挡墙极限承载力试验,基于此确定循环荷载幅值,进而研究循环荷载作用下台阶宽度D对二级台阶式加筋土挡墙位移、土压力、筋材应变规律和可能的潜在滑动面影响。试验结果表明:面板位移最大值及附加水平土压力峰值出现在墙高约0.85H(H为总墙高)处;台阶越宽,下级墙面板位移、附加水平压力和墙底靠近面板处垂直压力减小,底层筋材应变也呈减少趋势;承载板基础沉降和挡墙面板水平位移在试验初期加载时增加明显,当循环次数N大于5000次后增幅减缓并呈收敛趋势;上级挡墙可能的潜在滑动面以贯穿加载板近面板端和0.6H1(H1为上级墙高)面板处或者贯穿加载板远面板端和(0.3~0.4)H1面板处为主。该成果将丰富试验研究并为实践应用提供借鉴和参考。

察尔汗盐湖地区过盐渍土动剪切模量与阻尼比试验研究

针对交通循环荷载作用下过盐渍土动剪切模量和阻尼比的研究尚显不足的情况,基于GDS双向动态三轴伺服系统,对察尔汗盐湖地区过盐渍土动剪切模量和阻尼比的影响因素进行研究。研究结果表明:(1)动剪切模量随着动应变的增加而减小,加载初期减小速率较快,后期减小速率逐渐趋于平稳;(2)动剪切模量随着围压、冻融循环次数、振动频率的增加而增加,且增大幅值随动应变的增大逐渐减小;(3)阻尼比随着动应变的增加而减小,减小速度先快后慢,在动应变较小时曲线较陡,而超过某一动应变后,曲线逐渐平缓;(4)在较小动应变时,围压、振动频率对过盐渍土阻尼比的影响并不显著,在较大动应变作用下阻尼比随着围压和振动频率的增加而逐渐减小,但随冻融循环次数变化的规律不明显。