交通荷载下铁路路基粗粒填料动力特性研究

以非洲吉布提铁路工程为背景，通过GDS动静三轴仪，对交通荷载影响下的铁路路基粗粒填料的动力特性进行了研究。研究表明：循环应力较大时，荷载施加频率越大，路基粗粒填料的体应变越大，路基填料将会更密实，但当施加的循环应力等于围压时，荷载频率对粗粒填料的累积体应变影响很弱；当施加的循环应力较大时，荷载频率增大导致路基填料回弹模量增大，且可以使得粗粒填料的轴向累积变形显著增加；当循环应力接近于围压时，荷载频率对于粗粒填料的轴向累积变形影响很小。根据研究结果提出了相应的路基填料施工控制措施，可为类似工程提供借鉴。     

非饱和公路路基填料长期动力特性试验研究

为研究非饱和路基粗粒填料长期动力特性,对GDS大型三轴试验系统进行非饱和测试模块升级,并选取浙江省某路基采石场碎石填料进行试验研究。掺入质量比3%的高岭土来模拟受细粒污染的路基填料层,基质吸力通过轴平移法进行控制。对凝灰岩碎石混合料在2种循环偏应力幅值和4种初始基质吸力下进行大次数循环加载试验,分析非饱和路基中初始基质吸力对凝灰岩碎石填料轴向累积变形和回弹模量的影响。试验发现,凝灰岩碎石混合料试样在持水试验中存在滞回现象,同一基质吸力试样在干化路径下对应的含水率明显大于湿化路径。在循环荷载作用下,非饱和路基填料的回弹模量随初始基质吸力的增加而增大,且在较小基质吸力(0~30 k Pa)范围时,基质吸力对回弹模量影响较大,而在较大基质吸力(30~90 k Pa)范围时,基质吸力增加对回弹模量影响减弱。非饱和路基填料的累积轴向变形随基质吸力的增加而减小,其减小速率也随基质吸力的增大而降低;轴向累积变形与基质吸力非线性相关,而与含水率线性相关。     

非饱和公路路基填料长期动力特性试验研究EI北大核心CSCD

为研究非饱和路基粗粒填料长期动力特性,对GDS大型三轴试验系统进行非饱和测试模块升级,并选取浙江省某路基采石场碎石填料进行试验研究。掺入质量比3%的高岭土来模拟受细粒污染的路基填料层,基质吸力通过轴平移法进行控制。对凝灰岩碎石混合料在2种循环偏应力幅值和4种初始基质吸力下进行大次数循环加载试验,分析非饱和路基中初始基质吸力对凝灰岩碎石填料轴向累积变形和回弹模量的影响。试验发现,凝灰岩碎石混合料试样在持水试验中存在滞回现象,同一基质吸力试样在干化路径下对应的含水率明显大于湿化路径。在循环荷载作用下,非饱和路基填料的回弹模量随初始基质吸力的增加而增大,且在较小基质吸力(0~30 k Pa)范围时,基质吸力对回弹模量影响较大,而在较大基质吸力(30~90 k Pa)范围时,基质吸力增加对回弹模量影响减弱。非饱和路基填料的累积轴向变形随基质吸力的增加而减小,其减小速率也随基质吸力的增大而降低;轴向累积变形与基质吸力非线性相关,而与含水率线性相关。     

350 km/h高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析

采用车辆轨道路基垂向耦合动力学模型,研究了轨道高低不平顺下有砟轨道路基动力影响系数φ_i的概率分布特性;根据循环荷载下路基粗粒土典型填料单元模型试验反映出的累积变形状态特征与荷载水平的关系,明确了基床以下填料处于无时间效应变形状态、基床填料处于微弱时间效应变形状态的设计工作状态;以基床结构的动强度、长期动力稳定性、循环变形为设计控制指标,开展了高速铁路有砟轨道基床结构的技术条件分析。研究表明:表征路基承受列车动力效应程度的φ_i沿线路纵向服从对数正态分布;列车荷载作用下,路基各结构层的累积变形状态与填料性质密切相关;基床结构的长期动力稳定性为设计主控因素,据此,提出了适用于350km/h有砟轨道高铁基床双层结构型式的技术标准建议。     

循环-间歇加载下粉土永久变形特性试验

真实地揭示路基填料在交通荷载作用下的永久变形特性可为路基设计和评估提供依据。利用动三轴仪,对粉土开展了连续循环加载和间歇加载(连续加载阶段与间歇阶段交替循环)动三轴试验。分析了间歇阶段对粉土的轴向应变和累积塑性应变等发展规律的影响,并重点研究了间歇加载方式下粉土的累积塑性应变行为特征。试验结果表明,间歇阶段的存在对提高试样抵抗永久变形的能力有积极作用,动三轴试验中应考虑荷载间歇阶段的影响。依据安定理论,间歇加载方式下,粉土的动力行为可划分为三类:塑性安定、塑性蠕变和增量破坏,并提出了间歇加载方式下粉土试样临界应力的表达式和累积塑性应变预测模型。研究结果对深刻认识路基的永久变形特性具有参考价值。     

间歇性变围压循环荷载作用下饱和软黏土变形特性

交通荷载由循环加载和间歇停振两部分组成,间歇停振对土体动力特性的影响不容忽视。交通荷载引起的应力场包含循环变化的轴向偏应力和围压。因此,通过对软黏土开展一系列间歇性变围压循环加载试验,对饱和软黏土在间歇性加载和循环围压作用下的变形特性进行了研究,分析了循环围压和间歇停振阶段排水条件对软黏土累积轴向应变的影响。研究结果表明,不同试验条件下软黏土累积轴向应变增量随加载阶段的变化趋势保持一致,即累积轴向应变增量随加载阶段的增加逐渐减小。累积轴向应变增量随循环围压的增大而减小。间歇停振阶段不同排水条件下,试样累积轴向变形变化规律也有所区别：部分排水条件下,循环加载阶段产生的超孔隙水压力在间歇停振阶段消散,试样累积轴向应变在间歇停振阶段有一定程度的增长;不排水条件下,循环加载阶段产生的一部分变形在间歇停振阶段得以慢慢恢复,试样累积轴向应变有所减小。上述研究成果可加深对间歇性循环荷载作用下软黏土变形规律的认识。     

饱和红层泥岩填料动力及耗散能特性试验研究

路基基床变形控制是保证高速铁路线路平顺性的重要前提之一，基床变形由外部荷载和路基填料动力特性决定。通过不同围压和动应力下的动三轴试验研究了饱和红层泥岩填料动力及能量耗散特性，结果表明：饱和红层泥岩填料的累积变形、应变速率和等效模量具有内在相关性，可通过状态边界面表征。围压变化将引起状态边界面形状和大小的改变，动应力则决定了填料动力响应在状态边界面中的位置。填料耗散能具有两阶段特征，先随振次增加而衰减随后到达稳定状态。填料的累积变形、变形速率和等效模量与耗散能大小有关，同样可通过状态边界面表征，耗散能则受动应力水平影响。当相对能量水平低于20%，填料累积变形最终能够稳定，处于动力稳定状态；当相对能量水平位于20%～60%，填料处于动力临界状态；而当相对能量水平高于60%，填料的长期稳定性无法保证，处于动力失稳状态。     

中国青藏铁路北麓河路基冻土动应变速率试验研究

基于低温动三轴试验,研究中国青藏铁路北麓河路基冻结粉质黏土在轴向分级循环荷载作用下的变形特征。在不同负温、频率、围压、含水率条件下,考察冻土试件轴向残余应变时程曲线,获得轴向动应变速率受动应力幅值影响大,并随应力比增大而增大,随负温降低、频率升高、含水率增大而减小,随围压增加而线性增大的结论;据此,提出采用幂函数拟合应力比、负温、含水率、频率与轴向动应变速率之间关系,并合理解释冻土特有的振融沉陷的成因机理。有利于合理预测青藏铁路等实际工程在交通荷载作用下由冻土动力残余变形而产生的沉降量,并对于进一步研究冻土路基列车行驶振陷问题具有重要意义,且为建立冻土疲劳模型积累基础试验成果。     

秦巴山区软弱变质岩路基填料浸水前后的变形特性

 为研究秦巴山区软弱变质岩路基填料浸水前后的变形特性,选用大型压缩仪对3种不同岩性的软弱变质岩路基填料进行浸水前后的常规压缩试验、循环荷载下的压缩试验与不同浸水荷载下的压缩试验。研究结果表明：水的浸入及循环荷载的施加加大软弱变质岩填料变形,但不同岩性的软弱变质岩填料由浸水及循环荷载引起的变形具有一定差异性;另外,随着浸水荷载的增大,软弱变质岩填料的湿化变形量增大,而总的压缩变形量却减小。通过常规压缩试验结果与循环荷载下的压缩试验结果对比分析可得：循环荷载加剧软弱变质岩路基填料的变形。因此,路基浸水与行车荷载是影响软弱变质岩路基变形不可忽视的2个重要因素。以上结论对采用软弱变质岩作为路基填料的秦巴山区公路建设具有一定的指导意义。     

长期循环荷载下饱和软黏土安定性模型

鉴于传统显式、隐式模型计算饱和软黏土长期循环荷载下轴向塑性累积应变的不足,在建立饱和软黏土总应力弹塑性模型基础上,考虑软黏土在长期小动应力比循环荷载作用下具有安定性特点,结合过应力模型及安定性理论提出计算饱和软黏土长期循环荷载下轴向塑性累积应变安定性本构模型.安定性模型能合理描述饱和软黏土循环荷载下的变形特性,模型只考...     

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。     

Experimental investigation on the accumulated strain of coarse-grained soil reinforced by geogrid under high-cycle cyclic loading

In this study, a series of cyclic triaxial tests were conducted to study the accumulated strain of coarse-grained soil reinforced with geogrids, and the effect of the number of geogrid layers, confining pressure and cyclic stress amplitude was investigated in detail. The test results show that the final accumulated axial strain of the soils reinforced with geogrids is less than that without reinforcement, and less accumulated axial strain is generated for the specimens with more geogrid layers under identical cyclic loading. The results also show that a higher confining pressure or a lower cyclic stress amplitude yields less accumulated axial strain for the reinforced soils. Furthermore, the plastic shakedown limits are determined by the criterion proposed by Chen et al. It indicates that the plastic shakedown limit increases significantly when one layer of geogrid is incorporated into the specimen and then tends to level off with a continuous increase in the number of geogrid layers. Moreover, a higher confining pressure yields a higher plastic shakedown limit for the soils reinforced with geogrid. The results demonstrated that the use of geogrid can be an effective method to reduce the accumulated deformation of subgrade filling materials under high-cycle traffic loading.     

考虑变围压因素的饱和软黏土循环纯压动力特性

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。     

三轴低频循环荷载下盐岩体积应变特性研究

地下储气库围岩长期处于复杂疲劳应力状态下,盐岩三轴循环荷载下的变形规律对储气库稳定性分析有参考价值。对8个盐岩试块进行了不同围压、不同应力水平和不同频率条件下的循环荷载试验。对每一试块施加恒定围压和轴向低频循环荷载。对试验参数进行了无量纲处理,分析了应力比强度(广义剪应力强度与球应力的比值)、应力比振幅、上限应力水平、荷载频率、循环次数(N)等对体积应变(?v)的影响。利用函数?v=?lg N+?v0,对每一试块的体积应变–循环次数曲线进行了拟合分析,获得了参数?和?v0随应力比振幅、上限应力水平和频率变化的数学表达式。标准化回归系数分析表明,上限应力水平是影响盐岩体积变形的主要因素,其次是应力比振幅。在高上限应力水平三轴状态下,盐岩主要表现出体积扩大现象。     

Rate-Dependent Response of Dense Sand in Cyclic Triaxial Tests

A number of cyclic triaxial tests were performed on Monterey No. 0/30 and Sacramento River Sand to investigate the effect that loading frequency has on the response of sands. The tests were performed on dense, air pluviated sand with loading frequencies of 0.1 and 1.5 Hz at varying confining pressures, cyclic shear stresses, and peak shear stresses. Under certain loading conditions, the frequency of loading did have a noticeable effect on the response of the sand; larger axial strains were measured in the samples that were subjected to the lower frequency of loading. This difference in response measured at the two loading frequencies occurred mainly in the first few cycles of loading, when the difference in the strain rates was the greatest. Conditions that resulted in larger axial strains, such higher stress levels and larger cyclic shear stresses, also resulted in a greater difference between the axial strains measured at the two loading frequencies.     

超大次循环荷载下超固结黏土的长期不排水力学特性研究

风、波浪等荷载具有超大循环次数的特征,极大影响黏土的长期不排水动力特性,是黏土地基基础设计的关键问题之一。针对现有动力试验荷载循环次数不足的现状,以超固结度为4的重塑土试样为研究对象,开展了一系列不排水三轴动力试验,研究了在超大次(比如超过10~6次)循环加载情况下黏土的相关特性。试验结果表明,在对称循环加载作用下,饱和黏土存在循环应力比门槛值为0.44~0.48。在循环加载初期,试样的轴应变及孔压的变化与前人对黏土动力试验研究结果一致。然而,随着循环加载次数的增加,动轴向应变减小,累积轴向应变增加;尤其是加载过程中由正孔压降低到负孔压。针对这一新的发现,增加了一个超固结土的蠕变试验结果进行了分析解释,为研究超大次循环荷载下超固结黏土的长期不排水力学特性的机理提供了新的思路。     

循环荷载作用下盐岩三轴变形和强度特性试验研究

 为研究三向应力状态下循环荷载作用对盐岩变形、强度及损伤特性的影响,利用TAW–2000 型微机伺服岩石三轴试验机进行不同荷载波形参数(上、下限应力、应力幅值和频率)和不同围压下的盐岩试样的循环加、卸载试验。试验得到盐岩轴向初始变形和稳态变形两阶段演化规律;通过提高循环荷载上限应力、降低下限应力、增大应力幅值或者降低载荷频率、减小围压等途径,均会加速盐岩试样不可逆变形的发展,提高盐岩循环稳态应变速率,减小稳态阶段在整个变形阶段的比例,从而加速试样变形破坏;荷载波形参数中上限应力和应力幅值对循环荷载作用下盐岩变形演化速率、试样损伤发展的影响最大。循环荷载作用下,盐岩弹性模量随循环次数或加载时间呈指数递减趋势,并在50～100个循环后其值接近常数;循环加载后二次压缩盐岩强化与否,取决于循环加载时所施加荷载水平是否造成盐岩内部损伤的累积,通过试验可间接推断盐岩三轴循环变形破坏的上限应力阈值为80%～89%。     

饱和软粘土的循环蠕变特性

本文介绍对上海淤泥质饱和粘土在长期循环荷载作用下的变形特性的试验研究结果。考虑到土的各向异性性质,在三轴试验中,在K0固结条件下把土试样恢复到天然的K0应力状态,然后进行排水及不排水单向循环加载蠕变试验。从试验结果可以观察到一些重要的现象:(1)当循环轴向应力小于初始固结压力的50%时,饱和粘土的循环蠕变可分成三个阶段;(2)循环应变可分成不可逆的累积应变与可逆应变两部分,可逆应变的大小与循环应力幅值近似成线性关系;(3)孔压增长较为滞后,不排水试样孔压增长稳定时其值约为应力幅值50%,而排水试样的残余孔压约为应力幅值的20%。     

Strength and Deformation of Soft Rocks Under Cyclic Loading Considering Loading Period Effects

Cost-effective design is the primary motivation for adopting the performance-based design method. This method, however, requires that deformations be reliably estimated. While soft rocks are known to be competent foundation materials for large-scale structures, the deformation characteristics of this material when subjected to large cyclic loadings still have to be understood. In this study, the strength and deformation characteristics of soft rocks under cyclic loadings were investigated by conducting cyclic triaxial tests on natural soft rock samples. The loading histories that were applied to these samples were uniform amplitude cyclic loadings with loading periods between 1 s and 9000 s. The tests revealed that the longer the loading period, the larger is the residual strain accumulated for a certain number of loading cycles. This dependency of residual strain accumulation on loading period appears to be an intrinsic material property which is irrespective of loading amplitude and water content. From this finding, it can be inferred that the prevailing practice of soft rock cyclic loading tests at 300 s and 9000 s of cyclic loading periods, which are much longer than that of earthquakes, can result in overestimated residual strains.     

单向循环荷载下超固结软黏土的永久变形特性

为研究超固结饱和软黏土在单向循环荷载作用下的永久变形特性,采用GDS动三轴,对不同超固结度的温州饱和软黏土试样进行了一系列单向循环加载试验,分析了循环动应力水平以及超固结比对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在单向循环加载作用下,超固结饱和黏土存在循环动应力阈值,通过几何作图法综合确定温州饱和软黏土的循环动应力阈值为0.59~0.68,可作为软土路基沉降控制的标准。基于试验结果并结合指数模型,构建了可以综合考虑循环动应力水平、超固结比以及循环次数的饱和软黏土永久轴向应变显式计算模型,适合饱和软黏土地基在交通循环荷载下的累积变形分析。