部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

循环荷载下软黏土回弹和累积变形特性

针对交通荷载循环应力水平低、循环次数大的特点,利用英国GDS公司生产的振动三轴仪在不同固结围压、不同循环应力比下对温州原状饱和软黏土进行了大周数（50 000次）不排水循环加载试验,研究了循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线、回弹模量和累积应变的影响.研究表明：循环应力比对饱和软黏土应力-应变曲线的形状及其发展规律影响明显.相应地,随着循环应力比的增大,回弹模量的衰减程度加大,达到稳定所需的循环次数增多.通过对50 000次循环后的回弹模量和累积应变进行分析,发现循环应力比在0.60-0.70是一个临界应力水平,当循环应力比大于该水平时,回弹模量不随循环应力比的变化而改变,达到“渐近线刚度”;而累积应变则开始迅速增长,变得不稳定.     

循环荷载下郑汴物流通道粉土路基的液化特性

在高等级公路和市政道路的建设中,如果遇到特殊地基处理不当往往会导致强度问题和沉降变形问题,影响道路的正常使用.鉴于此,利用动三轴进行室内试验,分析郑汴物流通道的路基施工过程中土体变化的规律.试验采用美国GCTS公司生产的STX-200双向动三轴仪进行,建立循环荷载次数、荷载频率、围压、轴压、偏应力等影响因素的郑汴物流通道软土路基的液化特性研究.试验结果表明,低频循环动载下土体的应力-应变曲线变化幅值小,高频循环动载下土体应力下降快且变化幅值大;随着循环次数增加,土体的孔隙水压上升加速,有效平均压应力减小幅值逐渐增大;粉土试样孔隙水压力变化随循环次数的变化而变化.     

基于单元结构填土模型试验确定累积变形状态阈值的方法

设计了一套利用单元填土模型试验确定累积变形状态阈值的方法。通过有限元计算确定主要受力区作为模型填土空间,以砖墙和砂袋组合形成模型填土非完全侧限边界约束,结合变形测试和循环加载设备构成试验系统。在填土空间内填筑相应压实状态的模型进行循环加载试验,获得累积变形随加载次数的变化曲线,运用"幂次判别法"确定循环荷载作用下累积变形演化状态阈值。选用级配碎石填料进行循环加载试验,验证了基于单元填土模型试验确定累积变形状态阈值的可行性。     

级配散粒体循环荷载下变形特性的离散元模拟

为了研究散粒体的级配对其变形特性的影响,通过建立二维离散单元模型,选取不同围压和初始密度,对不同级配的散粒体在循环荷载作用下的累积变形进行了研究.研究发现:在相同初始孔隙率或者初始相对密度条件下,随着级配不均匀系数的增加,散粒体变形均呈现增长趋势;在低围压下,所有试样均发生不同程度的剪胀,变形随着加载次数的增加而快速增长;当围压增加时,试样由剪胀转为剪缩,变形减小、趋于稳定.增加土体的初始密度和围压可以显著增加其内部配位数,从而有效抑制塑性变形.     

掺加RAP的骨架密实型级配碎石性能

为了解决沥青路面回收料(reclaimed asphalt pavement,RAP)在级配碎石中应用的问题,研究了RAP对骨架密实型级配碎石性能的影响.在室温(22℃)条件下,采用UTM-100对纯碎石及掺加RAP的骨架密实型级配碎石进行了动态模量、抗剪强度和永久变形对比试验.依据试验结果,分析了RAP对级配碎石性能的影响.研究表明,掺加RAP后,骨架密实型级配碎石动态回弹模量显著增大,平均增幅9.3%,模量增幅受围压和偏压围压比不同程度的影响,其中偏压围压比的影响较围压更为显著.抗剪强度有所减小,且应力软化阶段应力下降速率较慢.在发生剪切破坏时,与不掺加RAP的级配碎石具有相似的剪胀特征.轴向永久变形随RAP的加入显著增大,表明抵抗永久变形能力有所下降.     

风积沙在循环荷载作用下的变形特性试验研究

通过动三轴试验研究了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,分析了围压、循环荷载大小、偏压固结比、初始静偏应力和循环荷载作用频率对累积塑性应变的影响,得出了风积沙在循环荷载作用下的累积塑性应变特点,根据循环荷载的大小应变类型可以分为4种:稳定型、缓慢增加型、匀速增加型和突然增大型。当围压为20kPa时,其临界动应力水平D的取值范围为:0.27D0.33。风积沙的累积塑性应变随着循环荷载大小、初始静偏应力的增加而增大,随着围压、偏压固结比和荷载作用频率的增加而减小。提出了一种针对动应力水平较低时风积沙累积塑性应变模型,并验证了模型的正确性。     

单向循环荷载作用下饱和重塑红黏土的动力特性

为探究长期循环动荷载作用下红黏土的塑性累积应变效应,对南昌地区饱和重塑红黏土进行单向加载循环三轴试验,研究了动应力比、初始孔隙率、固结围压、加载频率、排水条件对红黏土塑性累积应变和动孔压的影响。结果表明：随着动应力比的增大,红黏土变形曲线由渐稳型向破坏型过渡;当动应力比小于临界动应力比时,随着循环振次的增加,红黏土的塑性累积应变和动孔压发展曲线均表现为起始快速增长,后出现拐点,最终趋于稳定;相同的动应力比下,试样的累积应变和动孔压随初始孔隙率、固结围压的增大而增大,随加载频率的增大而减小,不排水条件下的累积应变要大于排水条件下的累积应变;塑性累积应变越大,应变发展曲线拐点出现越滞后;随着动应力比的增大,土体的软化程度也越大,但在较高的循环振次下,软化程度减弱。     

交通荷载下粉质黏土路基翻浆冒泥机理试验

为研究粉质黏土路基翻浆冒泥发生规律,自主研制了一套路基翻浆冒泥模型试验装置。模型中路基层分别采用级配碎石与粉质黏土进行填筑,试验研究了交通循环荷载下路基中孔压累积、翻浆冒泥与沉降发展全过程,分析了粉质黏土地基土体成分、孔隙比等对路基翻浆冒泥的影响规律。研究表明:交通循环荷载下地基内部孔隙水压逐渐累积,当地基中有效应力为零时出现瞬态液化并发生翻浆冒泥现象。针对易发生翻浆冒泥的粉质黏土地基,试验发现黏粒含量与孔隙比是影响路基翻浆冒泥的重要参数;黏粒含量增加将使地基中孔压累积,进而发生翻浆冒泥现象;而同样黏粒含量下,地基孔隙比减小将使路基翻浆冒泥现象受到抑制。基于试验结果,在塑性指数和孔隙比坐标系下提出了地基翻浆冒泥的判别参考准则,当塑性指数与孔隙比位于该判定准则上方时,可初步判定路基易发生翻浆冒泥。本文研究可为交通荷载下道路翻浆冒泥评价与控制提供参考。     

饱和软粘土的流变和循环流变试验研究

分别对上海淤泥质饱和软粘土进行了长期流变和循环流变试验,得出其在不同围压、不同偏压和不同动应力作用下的变形规律。结果显示,围压相同时,偏压比大,试样的流变变形大,而偏压比相同时,围压大,流变变形也大;循环流变试验总体规律和流变试验相同,但经过一个循环加载阶段之后,随后的流变变形则很小。这些结论对今后软土地区高速公路、铁路和地铁建设提供一些帮助。     

循环加卸载下纤维增强泡沫轻质土变形特性

为了研究聚丙烯纤维增强泡沫轻质土的损伤变形特性,选用UNSAT非饱和土三轴仪开展50 kPa围压作用下的循环加卸载试验. 以泊松比、弹性模量提高率及弹塑性变形趋势为参数,分析不同纤维质量分数条件下聚丙烯纤维增强泡沫轻质土的力学特性和变形规律. 研究结果表明：当纤维质量分数达到0.50%~1.00%时,初次弹性模量提高率为56.88%~69.43%,纤维对泡沫轻质土内部初始缺陷的改善作用最佳;纤维增强泡沫轻质土试样的弹性模量提高率随着循环次数的增加呈先增大后减小的趋势,泊松比随着循环次数的增加而增大,在经历最初的2、3次循环荷载作用后趋于稳定直至试样破坏;随着循环次数的增加,纤维增强泡沫轻质土的轴向弹性应变与总应变之比逐渐降低,试样内部损伤变形逐渐累积.     

循环荷载作用下非饱和击实粉土变形特性的试验研究

采用GDS非饱和土三轴仪,对循环荷载作用下的非饱和击实粉土样进行了控制吸力三轴排水剪切试验,研究了吸力、围压和动应力幅值对土样的变形特性的影响.试验结果表明:在相同动应力幅值和相同净围压下,吸力的增加提高了土体抵抗动变形的能力;在相同的净围压和吸力下,动应力幅值较小时,土样产生弹性变形且变形最终趋于稳定,动应力幅值较大时,经过一定的循环次数后土样达到破坏;净围压对试样的变形特性影响显著,围压较大时土样有较小的弹性变形,围压较小时土样发生明显的塑性变形.     

考虑温度效应的路基粗粒填料亚塑性模型

为了研究温度效应对路基粗粒填料静力剪切特性的影响,对GDS大三轴试验系统进行温控模块升级,采用循环流体加热模式实现对试样温度的精准控制. 选取浙江省某路基采石场碎石填料进行饱和排水剪切试验,分析不同温度下低围压路基填料静力剪切特性. 基于试验数据,建立剪胀指数与围压之间的关系,对von Wolffersdorff亚塑性模型进行改进以反映路基填料在低围压下的剪胀性. 在此基础上,提出温度对粗粒填料剪胀性及强度影响的本构关系式,建立考虑温度效应的路基填料亚塑性模型. 研究表明,温度升高使密实路基填料表现出软化现象,峰值强度随温度升高而降低;路基填料围压越高,峰值强度随温度的衰减越明显;残余强度基本不受温度变化影响. 所建立的模型能够模拟低围压填料强度与围压的非线性关系,准确反映不同温度下密实路基填料的剪切特性,可以作为温度效应下粗粒土剪切特性模拟的有效工具.     

地铁隧道基底饱水风化软岩动力特性试验研究

为探究在列车长期循环荷载作用下地铁隧道基底风化软岩的累积塑性应变变化规律,以南昌地铁基底泥质粉砂岩为研究对象,开展不同风化程度饱水泥质粉砂岩在动应力比、静偏应力比、围压和频率等工况的室内动三轴试验,研究在不同影响因素下饱水风化泥质粉砂岩的动力变形特性规律。结果表明：在不同影响因素下,全、中风化泥质粉砂岩累积应变分别在加载1 000、100次开始趋于稳定;全风化泥质粉砂岩的临界动应力比在0.3~0.4之间;与不同动应力比和静偏应力比情况相比,改变围压和频率对两种风化泥质粉砂岩累积应变影响不大;通过分析试验结果数据,提出考虑加载次数、动应力比等因素的累积塑性应变数学模型。     

季节冻土区长期交通荷载下公路路基永久变形特性

为研究季冻区公路路基在长期交通荷载作用下永久变形的累积规律,首先基于室内试验获取的路基融土永久应变经验公式,提出季节冻土区路基永久变形计算步骤;并通过建立的基层-路基-地基有限元模型,研究汽车轴型、后轴轴重、行车速度和路基融化厚度对正常期和春融期路基应力比和永久变形的影响.计算结果表明:正常期路基的应力比随着埋深的增加逐渐减小,融化路基应力比较正常期大,冻结路基内较正常期小;六轴汽车产生的永久变形大于其他4种轴型汽车;路基内的应力比和永久变形随后轴轴重和路基冻融影响厚度的增加而显著增大;行车速度越低,路基内应力比和永久变形越大.据此提出了季节冻土区长期公路交通荷载作用下路基永久变形预测公式.     

高应力条件下双向激振时尾粉砂的动力特性

强地震荷载作用下P波(纵波)对土体的作用不可忽略,然而传统采用单向振动分析循环荷载作用下土体动力特性的方法往往忽略了纵波对土体动力稳定性的影响。为研究高应力条件下尾粉砂的动力特性,采用双向激振循环荷载模拟地震荷载,开展了一系列不同围压、动剪应力比、固结应力比下的双向振动三轴试验。研究结果表明：在双向循环荷载作用下,等压和偏压固结时饱和尾粉砂试样均存在转折累积塑性变形εtp,且在等压和偏压固结时转折累积塑性变形εtp的值与其对应的振次随着动应力幅值的增大呈相反的线性关系;围压对尾粉砂累积孔压增长曲线的形态具有显著的影响,围压相同时,动剪应力比、固结应力比的改变对累积孔压的增长曲线形态影响不大;随着围压的增大,在等压和偏压固结条件下尾粉砂的累积孔压增长曲线主要有两种发展模式,分别为3和4个发展阶段。同时,通过对试验结果的分析,提出尾粉砂在高应力条件下考虑多因素时的累积孔压增长模型,并得到等压固结和偏压固结时该模型的两种表现形式。该成果对地震荷载作用下尾矿坝体的动力稳定性研究具有一定的参考意义。     

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.     

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.     

考虑内部侵蚀作用的砂土应力应变特性

为了研究内部侵蚀作用下砂土应力-应变特性,通过盐溶法进行一系列室内三轴剪切试验,研究了3种间断级配砂土由于内部侵蚀导致细颗粒流失后的应力-应变行为。通过在制样过程中向砂土样中加入一定量的盐,并在受控侵蚀条件下将盐溶于水中,以实现内部侵蚀过程中细颗粒的指定损失,然后对损失后试样进行了三轴压缩试验,研究了不同细颗粒流失量和不同间断级配条件下砂土的应力-应变特性。研究结果表明:随着砂土细颗粒流失量的增加,砂土试样的破坏强度峰值呈逐步降低趋势,摩擦角φ逐步减小,大致呈线性规律,间断级配1、2和3型砂土摩擦角φ分别下降了5.8%、4.3%和4.5%;相同围压作用下砂土试样破坏强度峰值随着细颗粒含量占比的增加呈递减趋势,且围压越大,破坏强度峰值增加越明显;砂土的粗颗粒含量越大,其摩擦角φ越大。     

列车振动荷载下铁路粉土路基的长期沉降

结合路基粉土在循环荷载下的动力特性试验,提出动回弹模量与累积变形的预估模型.通过动力有限元分析并与现场实测相比较,研究在列车荷载作用下铁路粉土路基的动应力响应.建立列车在运行条件下铁路粉土路基长期沉降的计算方法,探讨列车速度、轴重、轴载次数以及道床、路基参数等对路基长期沉降的影响.研究表明:当线路平顺性较差且路基压实系数不高时,铁路粉土路基的长期沉降随列车速度提高线性增大,随轴载次数增加先快后慢增长,且列车轴重越大或路基压实系数越低,沉降速率越快;当粉土路基压实系数较低时,适当增加道床厚度或提高路基压实系数均能显著减小路基长期沉降;在列车动载下铁路粉土路基的长期沉降存在一个"临界影响深度",路基压实系数越低,影响深度越大.