非饱和粘性路基土回弹模量之研究

利用MTS动力三轴试验系统,进行一系列路基土回弹模量试验,并于试验后以滤纸法量测土样之基质吸力,以探讨非饱和粘性路基土之回弹模量特性及基质吸力对回弹模量之影响。研究结果显示重复荷载下之偏应力愈大则回弹模量愈小,且回弹模量随基质吸力的增加而增加。本文并建立以重复荷载之偏应力及基质吸力预测非饱和粘性路基土回弹模量之模式,改善传统模式未能考虑含水率对路基之影响。     

砂土路用动态特性试验研究

为研究砂土在重复荷载作用下的路用动态特性,开展系列动三轴试验。根据累积塑性应变随加载次数的变化规律,获得不同含水量、压实度下砂土的临界动应力。研究结果表明,砂土动态回弹模量随围压、压实度的提高而增大,随循环偏应力和含水量的增大而减小。采用偏应力和体应力为变量的动态回弹模量本构模型对试验数据进行回归分析,结果表明所选模型具有较高的决定系数,证明所选模型具有较高的合理性与可靠性,可为基于动力学的路面结构设计提供参数。为运用上述动态特性评价公路路基填料,提出基于动力特性的公路路基设计思路。     

季节性冰冻地区路基土动态回弹模量试验研究

为研究季节性冰冻地区路基土的动态特性,采用动态三轴压缩试验对路基土动态回弹模量进行研究。分析了位于内蒙古东部季节性冰冻地区的2种典型路基土质在不同应力状态、不同含水率条件以及不同冻融循环次数下的路基动态回弹模量变化规律,并推荐了2种典型路基土质的动态回弹模量取值范围。试验结果表明:在一定的应力范围内,动态回弹模量随着围压的增加而增大,随着偏应力的降低而减小,并且围压对动态回弹模量的影响程度高于偏应力;含水率及冻融循环均对动态回弹模量产生重要影响,且影响程度与土质类型及冻融循环次数有关。试验中选取的赤峰黄土动态回弹模量取值范围为80～100 MPa,冻融循环折减系数为0.76;通辽砂土动态回弹模量取值范围为90～120 MPa,冻融循环折减系数为0.87。研究结果可为该地区的路面结构设计提供参考。     

路基土回弹模量影响因素分析

采用室内重复加载三轴试验测试了不同性质路基土的回弹模量(Erm),分析了应力级位、含水量和压实度对路基土回弹模量的影响.结果表明:偏应力(dσ)和侧向应力(3σ)对路基土回弹模量均有显著影响,含水量对路基土回弹模量的影响非常大,而压实度同样是一个主要影响因素.路基土回弹模量测试及取值应遵循的条件为:估算路基土实际受力水平以确定应力级位;根据Miner线性累加损坏准则,对全年各季节不同含水量状况下的路基土回弹模量取加权平均值;压实度可根据实际施工水平取值,或取95%.     

路基土动态回弹模量的试验研究

为明确路基土动态回弹模量的影响因素及其规律、解决其参数取值问题,采用三轴反复加载试验方法,对粉土和粘土进行一系列回弹模量测试。研究表明,回弹模量随围压和压实度的提高而增大,随循环偏应力和含水量的增大而减小;粘土回弹模量受应力状况、含水量等因素的影响较粉土更为显著。在全面分析现有回弹模量本构预估模型的基础上,采用三参数复合模型对试验结果进行拟合,获得不同压实度和含水量条件下粉土、粘土的回弹模量预估模型。通过与试验数据的对比,验证了该模型的正确性与可靠性。     

级配碎石动态回弹模量实验研究

通过室内重复加载三轴试验研究3种级配碎石的回弹特性,分析体应力、偏应力、含水量、级配类型对回弹模量的影响。试验结果表明,级配碎石回弹模量随含水量的减小、围压应力的增大而显著增大;随偏应力的增大而缓慢增大或先略有减小再缓慢增大(低应力状况下);级配类型对回弹模量也有一定影响。应用非线性回归方法得到NCHRP 1-28A本构模型参数,将拟合得到的模型参数与物性试验结果相联系,建立基于物性指标的模型参数预估公式。     

路基粉土动态回弹模量试验与预估模型研究

对不同含水率和压实度下的路基粉土进行动态回弹模量试验,结果表明：动态回弹模量随着围压的增大而增大,随着偏应力的增加而减小,其受围压的影响更为显著;随着含水率的增大而减小,随着压实度的增大而增大,受含水率的影响更为显著。最后采用物性指标参数塑性指数、含水率、压实度和力学指标参数CBR指标,建立路基粉土动态回弹模量预估模型。     

粗粒氯盐渍土动态回弹模量试验研究与理论模型

为探究粗粒氯盐渍土动态回弹模量受荷载、盐分及湿度影响下的变化规律,借用室内动三轴试验,研究了不同应力状况、含水率及含盐量条件下粗粒氯盐渍土动态回弹特性。结果表明:动态回弹模量随围压和体应力增加而增大,随偏应力、盐分及水分的增大而减小;粗粒盐渍土中含盐量和含水率越高,围压、偏应力和体应力对其动态回弹模量影响越明显;同一应力水平下,含盐量和含水率的增加引起动态回弹模量的降低幅度逐渐增大,且盐分较水分影响更显著。基于三参数理论模型对试验结果进行回归分析发现,该模型具有较高的决定系数,并建立了精度较高的模型参数预估公式,可有效预测粗粒氯盐渍土动态回弹模量。     

粗粒土回弹特性试验研究

对2种粗粒土4种级配料进行了卸载–再加载的三轴固结排水剪试验,比较分析其强度变形特性与单调加载三轴试验条件下特性的差异。重点研究不同试验粗粒料的回弹模量取值规律,分析了回弹模量与初始模量、围压和应力水平等之间的关系。结果表明,围压对回弹模量影响较大而应力水平的影响相对较小;粗粒土的回弹模量约为初始模量的2.5～5.0倍,比目前对黏土等认识的1.5～3.0倍明显大。试验结果为邓肯–张模型等非线性弹性模型甚至弹塑性模型的回弹模量的合理取值提供了重要试验依据。     

水网密集区粘土路基当量回弹模量的预估分析

基于非饱和土基本理论,利用基质吸力及土水特征曲线的最新研究成果,对受地下水位控制的粘土路基的平衡湿度状态进行了预估分析;同时采用室内重复动三轴试验方法,建立了非饱和粘性路基土动回弹模量的双线性本构经验预估模型.将上述研究成果相结合,创建了综合考虑路基湿度和应力状态的路基当量回弹模量的预估方法,并结合实体工程建立了以地下水位、路基填筑高度为核心的路基当量回弹模量预估方程.通过与试验路上传统测试方法测试结果的对比分析,表明该评价方法具有准确、可靠特点.研究成果从平衡湿度和应力状态耦合控制的角度,对水网密集区粘土路基当量回弹模量的确定提供了新的视角和途径.     

邓肯E-B模型弹性部分能量守恒的探讨

 邓肯E-B模型的卸荷再加荷模量和体积模量出发,以热力学定律为基础,构造土体的吉布斯自由能函数,通过勒让德变换,得到增量的应力–应变关系。采用热力学方法对柔度矩阵进行修正,从而产生弹性体应力(或应变)与弹性剪切应变(或应力)的耦合项。经典的弹性本构认为剪切与胀缩效应是不相关的,但几个闭合应力路径的计算表明,其能量存在不守恒问题。所提出的修正模型能够满足闭合应力路径的能量守恒,且能更好地拟合三轴试验弹性应力–应变关系。     

水泥稳定碎石设计参数研究

基于重载交通和现代测试技术的发展,采用材料试验机(MTS)环向引伸仪法实测了水泥稳定碎石的回弹模量和泊松比,并用BISAR程序计算了回弹模量和泊松比的变化对给定路面结构剪应力和拉应力的影响规律.结果表明:水泥稳定碎石的回弹模量和泊松比均随荷载的增加而增加;水泥稳定碎石回弹模量和泊松比的变化对路面结构剪应力和拉应力的影响不明显;超载对路面结构剪应力和拉应力的不利影响显著.     

Resilient modulus prediction of soft low-plasticity Piedmont residual soil using dynamic cone penetrometer

Dynamic cone penetrometer (DCP) has been used for decades to estimate the shear strength and stiffness properties of the subgrade soils. There are several empirical correlations in the literature to predict the resilient modulus values at only a specific stress state from DCP data, corresponding to the predefined thicknesses of pavement layers (a 50 mm asphalt wearing course, a 100 mm asphalt binder course and a 200 mm aggregate base course). In this study, field-measured DCP data were utilized to estimate the resilient modulus of low-plasticity subgrade Piedmont residual soil. Piedmont residual soils are in-place weathered soils from igneous and metamorphic rocks, as opposed to transported or compacted soils. Hence the existing empirical correlations might not be applicable for these soils. An experimental program was conducted incorporating field DCP and laboratory resilient modulus tests on “undisturbed” soil specimens. The DCP tests were carried out at various locations in four test sections to evaluate subgrade stiffness variation laterally and with depth. Laboratory resilient modulus test results were analyzed in the context of the mechanistic-empirical pavement design guide (MEPDG) recommended universal constitutive model. A new approach for predicting the resilient modulus from DCP by estimating MEPDG constitutive model coefficients (k₁, k₂ and k₃) was developed through statistical analyses. The new model is capable of not only taking into account the in situ soil condition on the basis of field measurements, but also representing the resilient modulus at any stress state which addresses a limitation with existing empirical DCP models and its applicability for a specific case. Validation of the model is demonstrated by using data that were not used for model development, as well as data reported in the literature.     

交通荷载应力路径下砂土地基变形特性研究

在交通荷载作用下,地基土单元不仅偏应力大小周期性变化而且主应力轴连续旋转。为了研究交通荷载应力路径下地基土单元排水变形特性,利用动态空心圆柱仪对K0固结下饱和砂土进行了一系列"苹果型"动力循环应力路径以及普通动力循环应力路径试验。两组应力路径试验结果的对比表明交通荷载应力路径引起的主应力轴连续旋转会加速竖向永久变形的累积,并且对竖向回弹模量具有软化作用,而且随着循环应力比的增大,两种应力路径下变形特性差异变得更加明显。最后,基于Uzan回弹模量模型提出了相应的修正公式用来考虑主应力轴旋转效应。