基于大型动三轴试验的粗粒土累积塑性应变概率模型研究

路基填土在长期交通动荷载作用下的累积塑性变形存在离散性。通过一系列粗粒土大型动三轴试验分析其累积塑性应变随围压、动应力及含水率的发展趋势和变化规律。结果表明:累积塑性应变及其稳定值随动应力的增加而增大,随围压的增加而减小,说明增大围压能有效抑制土体累积塑性变形的发展;土体的动力稳定性随含水率的减小而增加。基于半对数预测模型,运用灰色系统关联理论探究模型参数与含水率和动静应力比的相关性特征,并通过正态性检验论证得到控制粗粒土累积塑性应变发展速率的模型参数服从正态分布。基于概率失效理论,提出预测粗粒土填料累积塑性应变的概率模型,可较好地预测粗粒土填料在循环动荷载作用下的累积塑性应变发展区间。     

考虑温度影响的饱和软黏土应变软化研究

循环荷载作用下饱和软黏土将产生应变软化现象,通过对宁波饱和软黏土开展温控动三轴试验,研究了温度、频率、初始偏应力、动应力和含水率对土体应变软化的影响,并在试验基础上建立了一个能够考虑温度影响的应变软化模型。结果表明:随着振动次数、初始偏应力、动应力和含水率的增加,土体软化加快,软化指数逐渐减小;随着频率和温度的提高,土体软化程度降低,软化指数增大;建立的软化模型可以较为合理地描述试验温度、频率、初始偏应力、动应力和含水率对土体应变软化特性的影响。     

循环振动作用下残积土动力变形特性试验研究

为研究压实残积土在循环荷载作用下的变形特性,对不同含水率压实残积土进行改变围压及轴向动应力幅值条件的动三轴试验,得到了不同物理力学条件下土的动应力-应变关系滞回曲线、累积塑性应变发展规律曲线及骨干曲线,分析了动弹性模量随应变的衰变规律,探究了含水率、围压及动应力幅值等因素对试验结果的影响。结果表明:当累积塑性应变达到一定值时,压实残积土变形随动应力幅值σ_d的增大增幅明显,但最终表现为弹性安定行为,该特性随含水率的增加逐渐减弱;含水率增加不利于土样变形稳定,而提高围压可抑制该趋势。另外,增湿会加快模量的衰减,并降低残余模量,围压对衰变规律的影响随应变的增大逐渐减小。研究可为花岗岩残积土作为路基填料的施工过程及土体改良提供技术参考。     

地铁振动荷载作用下隧道周围加固软黏土动弹性模量试验

对地铁隧道周围软黏土进行加固,已应用于地铁隧道沉降的治理,但是对软黏土加固后的动力特性研究还不够深入。通过对上海地铁隧道周围加固软黏土进行GDS试验,系统探讨循环荷载振动频率、循环动应力幅值、初始偏应力及围压对动弹性模量的影响。试验结果表明:随着循环振动次数的增加,动弹性模量的衰减过程可分为急剧衰减阶段和缓慢衰减阶段,且缓慢衰减阶段的时间要明显长于急剧衰减阶段;循环荷载振动频率对动弹性模量有显著影响;随着循环应力幅值、初始偏应力、围压的增大,动弹性模量都有了很大的提高,但其变化对动弹性模量的衰减速率并无显著影响。采用对数函数对试验数据进行回归分析,建立了加固软黏土在循环荷载作用下动弹性模量衰减模型,较好的反映了动弹性模量的衰减规律。     

动荷载作用下重塑黏质粉土的弹性变形研究

以宁波黏质粉土为对象,在不同排水、围压、动应力以及温度条件下,开展了一系列动三轴试验,研究了土体的弹性变形特性,建立了考虑围压影响的动弹性模量和弹性应变关系的经验公式,并给出了不同围压、动应力下动弹性模量和弹性应变计算公式。结果表明:随着振次的增加,动弹性模量(弹性应变)迅速减小(增大),并有较为明显的极值点,随后有一定的恢复,最终趋于稳定;温度越高,动弹性模量值越大,弹性应变越小,土体出现热硬化现象;建立的计算公式可用于长期动荷载作用后黏质粉土的动弹性模量和弹性应变计算。     

地铁循环荷载下黏土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

为揭示地铁循环荷载作用下受黏土污染圆砾的长期动力特性,利用GDS大型三轴循环试验系统,开展了一系列饱和不排水动三轴试验,分析了不同围压及动应力幅值下黏土污染水平(clay fouling level, VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明：随着VCI的增加,试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势,污染黏土由润滑作用转变为填充作用,围压为100 kPa时,界限VCI=30%,围压为200 kPa、300 kPa时,界限VCI=20%;VCI对浅埋地铁隧道(σ₃=100 kPa)影响较大,威胁行车安全,而对深埋地铁隧道(σ₃=200 kPa、300 kPa)影响较小,地铁运行相对安全;随VCI的增加,试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小,而回弹模量则先减小后增大,但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。     

振动荷载作用下重载铁路路基粗颗粒土填料临界动应力试验研究

由于重载铁路路基表层为粗颗粒土填料,直接承受轨道结构传递的列车动载往复作用,其临界动应力会影响累积变形,利用自行开发的动三轴试验系统进行不同围压、动应力幅值、含水率条件下粗颗粒土填料的持续振动试验,获得粗颗粒土累积动应变与振次关系曲线,并分析围压、含水率对累积动应变增长影响;在获得不同含水率条件下粗颗粒土的临界动应力比线基础上提出计算临界动应力经验公式。     

高聚物胶凝戈壁土的动模量及阻尼比试验研究EI北大核心CSCD

高聚物胶凝戈壁土是将高聚物掺入戈壁土中,可有效提高原状戈壁土的基本性质。采用中型动三轴试验研究了在不同高聚物质量比、围压、固结比、加载频率工况下高聚物胶凝戈壁土的动弹性模量和阻尼比变化规律。结果表明:高聚物质量比R_(p)对动弹性模量和阻尼比影响较大,在动应力比(cyclic stress ratio, CSR)为0.157时,动弹性模量随R_(p)增大呈线性增长;CSR>0.157后随R_(p)增大动弹性模量先增大后减小,在R_(p)为3%时出现峰值;在相同CSR下,天然戈壁土在振动荷载下产生的残余应变比高聚物胶凝戈壁土的大,当R_(p)为3%时经过5次振动后的残余应变仅为天然戈壁土的18.4%;阻尼比随R_(p)的增大略有降低。基于沈珠江动力模型,建立了考虑高聚物质量比影响的修正模型,并通过试验验证了修正模型的适用性。研究成果可为高聚物戈壁土的动力分析和工程应用提供理论依据。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性和破坏模式的试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行了不同围压和不同应变率下的三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT-150C试验机也进行了部分准静态下的三轴压缩实验。根据实验结果,分析了围压对砂岩动态冲击性能的影响,并重点讨论了冲击过程中岩石的破坏模式。研究结果表明,在围压一定的情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同的情况下,岩石的动态压缩强度和弹性模量会随着围压的增大而增大。岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大。岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,而且递增的程度随着围压的增加而增加。三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式。     

考虑温度影响的软黏土长期动孔压模型研究

以宁波轨道交通④层淤泥质黏土为对象,开展了不同温度、动应力、初始偏应力、围压作用下的动三轴试验,获得了不同试验条件对孔压的影响规律。在此基础上,对现有的孔压-振动次数双曲线模型进行改进,建立了考虑温度影响的动孔压-振动次数模型;其次,利用孔压试验结果对模型进行验证,并给出了不同试验工况下的模型参数;最后,基于动态平衡假设,建立了长期动荷载作用下考虑温度影响的归一化孔压预测模型,模型预测值与试验结果吻合性较好,可以为轨道交通设计和施工提供理论依据。     

考虑多因素的浇筑式沥青混凝土动力特性研究

浇筑式沥青混凝土心墙坝因在严寒条件下可施工和变形协调能力良好等优点,在新疆得到广泛应用。新疆是地震高发区,因此迫切需要对浇筑式沥青混凝土心墙坝的抗震性能进行研究。针对新疆某典型浇筑式沥青混凝土心墙坝工程,以该坝的心墙防渗材料为研究对象进行动三轴试验,研究在不同主应力比、围压和振动频率下浇筑式沥青混凝土的动力特性。分析结果表明,在不同主应力比、围压和频率下,心墙浇筑式沥青混凝土各动应力-应变骨干线变化规律基本相同,变化趋势与双曲线相符。围压与主应力比对动应力-应变骨干线的影响非常明显,而频率的影响很小。浇筑式沥青混凝土材料在各因素影响下的动弹性模量变化趋势也基本一致。在不同围压与主应力比下,最大动弹性模量公式计算值小于试验拟合值,最大相对误差分别达到16.6%和18.2%。因此,对动弹性模量表达式进行了修正,采用修正公式进行计算并与试验拟合值进行对比,两者结果较为吻合,最大相对误差分别减小到3.0%和2.0%。     

Experimental investigation of the dynamic behavior of frozen clay from the Beiluhe subgrade along the QTR

The dynamic behavior of frozen clay obtained from the Beiluhe permafrost subgrade along the Qinghai-Tibet Railway (QTR) was investigated through cryo-dynamic triaxial experiments. The effects of several key factors, including temperature, moisture content, frequency and confining pressure on the dynamic behavior, were analyzed. It was found that a hyperbolic model could describe the dynamic behavior of the frozen clay well. The maximum dynamic shear modulus of the frozen soil decreases as the temperature rises and as the confining pressure decreases; the reference shear strain magnitude decreases as the temperature and confining pressure increase and as the moisture content decreases; the maximum damping ratio increases as the temperature, frequency and confining pressure increase and as the moisture content decreases. There exists a critical moisture content (around 18%) that maximizes the dynamic shear modulus; at the critical frequency (about 6 Hz), the dynamic shear modulus is at its maximum, and the reference shear strain magnitude and the damping ratio attenuation exponent are at their respective minima. Moreover, functions were proposed to quantitatively describe the relationship between frozen clay dynamic parameters and various influencing factors.     

Experimental investigation on the train-induced subsidence prediction model of Beiluhe permafrost subgrade along the Qinghai-Tibet Railway in China

Based on dynamic triaxial test at low temperature of the frozen clay from the Beiluhe permafrost subgrade along the Qinghai-Tibet Railway (QTR), residual deformation laws and dynamic subsidence prediction model of permafrost subgrade under train traffic were studied. First, time history curves of residual strain of frozen soil are obtained and analyzed under different temperatures, frequency, confining pressure and moisture content. And conclusions can be drawn that the axial strain rate is greatly affected by the amplitude of dynamic stress, as well as increases with dynamic to static stress ratio and temperature rising, while it decreases with the raise of frequency and moisture content. Hereby, the power functions were adopted to fit the relationships of axial dynamic strain rate vs. stress ratio, temperature, frequency, and moisture content, respectively. Simultaneously, the permafrost dynamic subsidence mechanism was interpreted rationally and the variation of fitting parameters was discussed. Furthermore, the long-term traffic loading subsidence model was established through observing the axis residual strain time histories of frozen specimens under the longtime cyclic loading and adopting the amendment of vibratory number of times. The model can comprehensively consider the effects of stress state, temperature, moisture content, and confining pressure of frozen soil, as well as the vibratory frequency and vibration number of longtime cyclic loading. Consequently, the model can be applied to the train-induced subsidence forecast investigation of permafrost subgrade. The paper has an important significance for rational safety evaluation on long-term operation of permafrost regions railway such as QTR. Meanwhile, the investigation provides basic data for the further research on dynamic damage constitutive model of frozen soil under train traffic and the gradual improvement of railroading criterion in cold regions.     

围压对Ⅱ型CA砂浆力学性能的影响

对不同围压下的CRTS-Ⅱ型CA砂浆进行了三轴压缩试验,并测定CA砂浆的应力应变曲线。分析了峰值应力、峰值应变、残余强度及弹性模量随围压的变化规律,并对其进行线性拟合。结果表明,随着围压的增大,应力应变曲线峰值处逐渐平缓;峰值应力、峰值应变及残余强度逐渐变大,弹性模量基本不变;CA砂浆试件破坏时的裂缝与轴线的夹角逐渐增大。     

磷石膏的动力学特性试验研究

利用带有弯曲元模块的GDS振动三轴试验仪,对磷石膏的动力学特性进行了系统研究。获得了磷石膏的动强度、动剪切模量G_d、阻尼比λ和动孔隙水压力μ_d等动力参数及其变化规律。结果表明:磷石膏的动强度曲线呈幂函数形式,不同围压下的动强度曲线归一性较差;初始动剪切模量G_(d0)与有效固结围压σ′_0呈幂函数关系;采用Davidenkov模型对动剪切模量比G_d/G_(d0)进行拟合,不同围压下磷石膏的动剪切模量比归一性较好;随着干密度及围压的增加,磷石膏的孔压发展曲线由"双S"型向"单S"型变化;以Seed孔压模型为基础,建立了磷石膏的动孔压模型。     

Triaxial compression deformation for artificial frozen clay with thermal gradient

In order to study the deformation characteristics of artificial frozen soil with thermal gradient, such as the stress-strain relationship, a series of triaxial compression tests for frozen clay had been conducted by K₀DCGF (K₀ consolidation, freezing with non-uniform temperature under loading) method and GFC (freezing with non-uniform temperature, isotropic consolidation) method at various consolidation pressures and thermal gradients. Stress-strain curves in K₀DCGF test present strain softening during shearing process and the elastic strain is approximately 0.001;but which present the strain hardening characteristics in GFC tests and the elastic strain is approximately 0.01. The elastic modulus and peak stress for frozen clay decrease as the thermal gradient increased at different consolidation pressure both in K₀DCGF test and GFC test. The peak stress and elastic modulus in K₀DCGF test are significant independent on the pressure melting and crushing phenomena occurring in GFC test. To describe the shear deformation characteristics for frozen clay with thermal gradient, the exponent and power equations considering the correction equation on thermal gradient and model parameters from frozen clay with uniform temperature are developed .The results indicated that the proposed equations can reproduce the shear deformation well both in K₀DCGF test and GFC test.     

钢纤维混凝土动态压缩性能及全曲线模型研究

对钢纤维含量分别为0%、1%、2%、4%、6%的C30和C40混凝土进行了常三轴动态压缩试验,C30混凝土试件围压值为0MPa、6MPa、9MPa、12MPa、18MPa、24MPa,C40混凝土试件围压值为0MPa、8MPa、12MPa、16MPa、24MPa、32MPa;试验过程中采用位移控制模式下的正弦波分级加载。在此基础上,进行了应力-应变全曲线表达式的选择与分析,并对各材料参数与诸因素间的相关性进行了分析。结果表明:1)通过对Ezeldin等提出的钢纤维混凝土静态荷载作用下的应力-应变全曲线公式进行β参数修正,使得该模型可以很好地描述钢纤维混凝土在动态常三轴压缩作用下的应力-应变全曲线关系;2)纤维含量对C40混凝土的动态抗压强度的改善作用比对C30混凝土显著,但受压状态下纤维含量对提高混凝土动态强度总的幅度较小;3)混凝土动态峰值应力对围压大小较敏感,C40混凝土的敏感性对C30混凝土有所下降,峰值应变与诸因素的相关关系基本上与峰值应力相同;4)在动态荷载作用下钢纤维混凝土的割线弹性模量、钢纤维含量与割线模量间的相关性,均表现为C40混凝土比C30混凝土要高;5)围压与纤维含量对混凝土材料的受压状态下的韧度指数ncmax不产生太大影响。     

水泥砂浆固化粉质黏土分离式Hopkinson压杆试验与分析

为研究掺砂量（与干土的质量比）对水泥粉质黏土冲击压缩强度及能量吸收特征的影响,采用Φ 50 mm分离式Hopkinson压杆（Split Hopkinson pressure bar,SHPB）试验装置对不同掺砂量的水泥粉质黏土进行了0.4 MPa冲击气压下的冲击压缩试验。结果表明：普通水泥粉质黏土（未掺砂）动态应力-应变曲线大致分为弹性阶段、屈服硬化阶段及破坏阶段,而随着掺砂量的逐渐增加,水泥砂浆固化粉质黏土动态应力-应变曲线中屈服阶段愈加不明显,出现了理想的塑性阶段;水泥砂浆固化粉质黏土的冲击压缩强度随掺砂量的增大而先增大后减小,在掺砂量为10%时达到最大平均动强度9.56 MPa,较普通水泥土强度提高9.79%;水泥砂浆固化粉质黏土的吸收能随冲击压缩强度的增大而增大,两者具有较好的指数关系。