不同应力路径下超固结软黏土的永久变形特性

为了真实模拟软土路基在长期交通循环荷载作用下的沉降特性,通过部分排水条件下、不同应力路径下的正常固结及超固结温州饱和软黏土的循环三轴加载试验,对循环偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土的永久轴向应变特性进行了研究,重点分析了超固结比及循环围压对饱和软黏土永久轴向应变的影响.研究结果表明:部分排水条件下,超固结土体相较于正常固结土体,其永久轴向应变提前趋于稳定,且稳定后的值随着超固结比的增大呈指数衰减;循环围压的存在可极大促进土体永久轴向应变发展,且循环偏应力和循环围压耦合作用对土体永久轴向应变的影响与超固结比无关.由此可见,在估算交通循环荷载下饱和软黏土产生的永久轴向应变时,对超固结比及循环围压的影响必须加以重视.     

考虑软化特性的软黏土动应力-应变关系研究

针对在地震、波浪、交通等循环荷载的作用下饱和软黏土残余孔隙水压力上升，从而导致软黏土刚度、强度发生软化的这种现象，对循环荷载作用下考虑循环软化特性的饱和软黏土动应力-应变进行了研究.以往的研究大多忽略初始偏应力对软黏土循环软化及动应力 应变关系的影响.通过对萧山正常固结饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验，研究了循环次数、循环应力水平、初始偏应力对饱和软黏土刚度软化及应力 应变关系的影响.试验结果表明，随着循环次数的增加，土体刚度逐渐减小；循环应力水平的提高和初始偏应力的施加都将加快刚度软化和累计塑性应变的发展，从而加速土体的破坏.同时，在试验的基础上推导了反映土体刚度软化规律的经验公式，利用该公式并结合修正的Masing准则对软黏土的动应力-应变关系进行描述.     

软土地基上循环荷载作用下加筋碎石垫层 工作特性分析

通过模型试验研究了循环荷载作用下土工格栅、土工格室及纯碎石垫层在软土地基上的承载特性;分析不同工况下沉降、桩身应变及桩土应力比随循环次数、峰值荷载的变化规律。研究结果表明:在动载条件下,加筋碎石垫层能有效地限制垫层的位移,显著减小复合地基的累计沉降;加筋后的碎石垫层强度和刚度均得到增强,能有效调节桩-土应力分布,改善碎石垫层的受力特性,大幅度提高桩-土应力比,有效减小桩身应变;同等条件下,土工格室碎石垫层对于减小桩顶沉降、提高桩-土应力比和降低桩身应变的性能略优于土工格栅碎石垫层,并随着循环峰值荷载增加,两者的作用效果更好。     

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。     

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.     

飞机荷载作用下超载预压软土地基的长期沉降

为了研究超载预压地基在飞机荷载作用下的长期沉降,通过对温州淤泥质黏土进行室内循环三轴试验,建立饱和软黏土的累积塑性应变模型和累积孔压模型.利用层状弹性理论计算地基中的动偏应力,结合已建立的经验模型得到在交通荷载作用下软土地基的累积塑性应变和孔压消散应变.采用分层总和法计算飞机荷载作用下温州机场跑道超载预压地基的长期累积沉降,将计算沉降值与实测沉降值进行对比,验证了饱和超固结土不排水累积塑性应变模型和累积孔压模型的合理性.     

循环荷载下考虑滞回效应的混凝土损伤模型

针对高混凝土坝地震过程中复杂的材料非线性问题,建立循环荷载下考虑滞回效应的混凝土损伤模型。模型分别选取符合混凝土实际变形特性的拉伸与压缩骨架线以考虑材料拉压异性,骨架线中含有软化段系数以适应试验结果的离散性。采用不依赖于骨架线形状的滞回效应加卸载特征点表达式,搭建能够反映混凝土循环荷载作用下软化段滞回效应的卸载路径与重新加载路径,并建议设立残余应变临界值解决残余塑性应变与卸载应变比值随应变增长的持续发散问题。模型将复杂多轴问题转化至单轴等效应变空间中求解,计算参数少,数学表达式简单,并通过混凝土循环荷载试验与Koyna重力坝的震害模拟验证了模型在非线性问题求解上的正确性与高效性。     

砂土动应力-应变发展特性试验

对福建标准砂和南沙群岛珊瑚砂进行了不同初始固结条件下的循环剪切试验.试验结果表明,在不同固结条件下动应力-应变发展模式显著不同.在均等固结条件下,动应力-应变关系的循环效应和对称累积特性均十分显著,随着砂土强度的完全丧失累积变形迅速发展;而在非均等固结条件下,当动应力作用平面上具有扭剪应力预剪作用时,剪应变则以单向累积变形为主,当动应力作用平面上只有轴向应力作用时,剪应变循环效应相对较大,累积变形并不显著,即使在循环扭剪荷载作用下,变形仍以轴向变形为主.这种特征似乎与中主应力系数没有显著的依赖关系.     

循环荷载下各向异性软黏土应变-软化模型

通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,对循环荷载作用下各向异性固结软黏土的软化特性及残余应变发展规律进行了研究.试验结果表明,随着循环次数的增加和循环应力比的提高,软化指数逐渐减小;对于各向同性固结软黏土,软化指数与循环次数的对数表现为曲线关系,对于各向异性固结软黏土,两者表现为直线关系;对于各向同性固结土体,在循环初期,残余应变为负应变,随着循环次数的增加,负应变逐渐增大,当循环次数达到一定时,负应变开始逐渐向正应变发展;对于各向异性固结土体,随着循环次数的增加,残余应变均表现为正应变.在试验的基础上建立了各向异性固结软黏土循环残余应变 软化模型,该模型反映了软黏土循环软化特性及残余应变变化规律.结合该残余应变 软化模型对Iwan模型进行了修正,修正后的模型可以较好的描述各向异性固结软黏土的动应力应变关系.     

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.     

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.     

Experimental study on permanent deformation characteristics of coarse-grained soil under repeated dynamic loading

Practical assessment of subgrade settlement induced by train operation requires developing suitable models capable of describing permanent deformation characteristics of subgrade filling under repeated dynamic loading. In this paper, repeated load triaxial tests were performed on coarse-grained soil (CGS), and the axial permanent strain of CGS under different confining pressures and dynamic stress amplitudes was analysed. Permanent deformation behaviors of CGS were categorized based on the variation trend of permanent strain rate with accumulated permanent strain and the shakedown theory. A prediction model of permanent deformation considering stress state and number of load cycles was established, and the ranges of parameters for different types of dynamic behaviors were also divided. The results indicated that the variational trend of permanent strain rate with accumulated permanent strain can be used as a basis for classifying dynamic behaviors of CGS. The stress state (confining pressure and dynamic stress amplitude) has significant effects on the permanent strain rate. The accumulative characteristics of permanent deformation of CGS with the number of load cycles can be described by a power function, and the model parameters can reflect the influence of confining pressure and dynamic stress amplitude. The study’s results could help deepen understanding of the permanent deformation characteristics of CGS.

     

黏弹性地基无限长板的瞬态振动分析

为了评价公路、机场等结构在交通荷载下的动力响应,基于W inkler地基薄板理论,利用级数展开法和Lap lace-Fourier变换推导了黏弹性地基上无限长板在半波正弦瞬态荷载作用下位移和应力的解析解.计算和分析了不同时刻板的位移和应力变化情况,并同弹性地基静荷载情况的位移和应力进行了比较,讨论了荷载作用时间及阻黏系数对位移和应力的影响.黏弹性地基板的位移随荷载作用时间的增长而增大,应力和位移随地基阻尼增大而减小.本文结论对路面设计、品质评价及破坏机理分析有重要意义.     

移动荷载作用下横观各向同性饱和地基的动力响应

利用半解析法对移动条形荷载作用下横观各向同性饱和两相弹性介质的动力响应问题进行了研究.由忽略土粒压缩和土体自重的Biot波动方程出发,对荷载进行Fourier级数展开,假设了响应函数的级数形式,利用土体表面边界条件,由待定系数法求解了考虑固液耦合作用的两相介质在移动荷载作用下的土体位移、有效应力及孔压表达式.通过计算,给出了不同土体渗透系数,以及荷载移动速度下横观各向同性对土体位移响应的影响.数值结果表明,横观各向同性对土体位移响应影响较大.     

车载引起的沥青路面内动水压力现场试验研究

为了研究移动车载引起的动水压力对沥青路面水损坏产生的影响,探究路面层内动应力变化及动水压力的长消规律,利用自主研制的耐高温动应力和动水压力传感器,对现场行车荷载引起的动应力及动水压力进行实测,获取了动水压力的实测数据;并且基于Biot固结理论,利用一种反映移动效应的车轮荷载数值模拟方法,对实测工况下路面情况进行了动态流固耦合分析,定量研究了路面层内的动水压力长消规律。发现现场实测与数值模拟结果基本一致。沥青路面在周期行车荷载作用下,路面空隙中不断产生动水压力的泵吸作用,导致沥青混合料强度下降,进而引发水损坏。该成果验证了水损坏的水力驱动机理,为水损坏研究和路面设计提供了借鉴。     

X射线衍射法测量冷轧带钢残余应力

残余应力的不均匀分布是影响板形的根本原因。为了深入了解冷轧带钢残余应力的分布情况,文章采用X射线衍射法对在不同轧制条件下冷轧后带钢的残余应力进行了测量分析,研究了残余应力沿板厚方向的变化、张力对残余应力分布的影响以及残余应力与板形的关系。研究的结论对制定与完善板带轧制规程、提高板形质量具有重要意义。     

考虑次固结时循环荷载引起的软基沉降

为了控制在循环荷载作用下软基路堤的总沉降和工后沉降,采用能够综合考虑主、次固结沉降的Yin-Graham一维等效时间线模型和一维条件下软土“最终”沉降与应力路径无关的性质,获得在正弦循环荷载作用下路堤运行期间长期总沉降和工后沉降近似计算公式,建立路堤总沉降和工后沉降与回弹指数、压缩指数、蠕变系数、初始有效应力、路堤承受的静荷载幅值和动荷载幅值之间的关系,除上述影响因素外,工后沉降还与运行期开始时路堤下软基的总有效应力有关.利用沉降公式计算具体工程软基路堤运行期结束时的长期总沉降量,计算误差小于0.275％.     

移动荷载作用下加筋路堤和轨道系统的三维动力响应

用解析法研究了加筋路堤上轨道系统在移动荷载作用下的三维动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立了加筋路堤轨道系统分析模型。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,将加筋路堤作为一横观各向同性层来考虑,将下卧土体考虑为由Biot波动方程描述的饱和半空间。联立轨道系统、加筋路堤和下卧土体的动力方程,在Fourier变换域内求解荷载作用下钢轨位移和土体位移的表达式,将求得的表达式进行Fourier逆变换得到其在时域里的表达式。研究了列车移动速度、加筋路堤层的厚度、荷载幅值大小和加筋率等对路堤及轨道系统动力响应的影响。计算结果表明,钢轨竖向变形随着速度的增大呈现先增大后减小的趋势;加筋路堤上的钢轨竖向变形显著小于同厚度下未加筋路堤上的钢轨竖向变形;钢轨竖向变形随着荷载幅值的增大而增大;随着加筋率的增大而减小。     

填石路堤动力特性的试验与数值模拟研究

目的为了揭示填石路堤的动力特性，合理设计填石路堤及路面结构．方法通过室内模型试验得到了动力荷载作用下填石路堤内部动应力分布规律以及动力荷载作用后路堤填料颗粒级配变化情况．再采用MARC有限元软件建立了动力荷载作用下填石路堤数值模型，选用Drucker—Prager弹塑性本构模型对填石路堤的动力特性进行了数值模拟．结果有限元可有效模拟动力荷载作用下填石路堤的应力分布规律，而对于填石路堤在动力荷载下的破坏表现为颗粒棱角的破碎以及细粒料漏失的破坏模式，数值模拟则只能采用塑性区表征．结论提出了确定填石路堤动力荷载影响区域的方法，并建议填石路堤上部应设置足够厚的整体性路面结构层次，避免长期汽车荷载作用下因填料棱角破碎和细粒料漏失而发生沉陷的病害．