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。     

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。     

循环动荷载下泥化夹层累积变形特性研究

泥化夹层是诱发岩体工程失稳破坏的重要因素之一。为研究循环动荷载下泥化夹层的累积变形特性,深入分析主要影响因素,在黄河中游某大型水利枢纽工程勘探平硐采取试样,开展了不同工况条件下泥化夹层的动三轴试验研究。在考虑主要黏土矿物成分、黏粒含量、含水率、围压和频率等影响因素的基础上,根据试验成果,探求适合描述泥化夹层累积应变发展规律的理论模型,并基于动应力～应变关系研究了泥化夹层的动弹性模量特征。研究结果表明:(1)泥化夹层的累积应变发展规律具有破坏型特征,不符合稳定型累积应变特征,利用Monismith模型进行描述是合理的;(2)泥化夹层的动应力～应变曲线符合Hardin双曲线模型;(3)泥化夹层的累积应变随含水率、黏粒含量和频率的增大而增大,随围压的增大先减小后增大;(4)泥化夹层的动弹性模量随围压增大单调递增,随循环周次、含水率和频率的增大而单调递减;(5)主要黏土矿物成分为蒙伊混层时,泥化夹层的累积应变最大,动弹性模量随循环周次增加而衰减最快。     

膨胀土动力性质的研究

本文通过对静、动三轴试验的研究，探讨了重塑土在长期重复荷载下的动的应力－应变关系、动强度特性以及影响它们的主要因素，得到了累积塑性应变和循环次数的函数式以及临界动应力与围压、含水量等的关系，并同英国Ｈｅａｔｈ ＤＬ的结果进行了对比，所得结果可供工程应用参考。     

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。     

粗粒土路基循环荷载试验及累积变形模型研究

为了探讨粗粒土路基在往复列车荷载作用下产生的累积变形和动力特性,开展了粗粒土的室内动三轴试验,分析了不同循环应力比、不同围压对粗粒土路基累积变形的影响。根据动三轴试验结果,提出了考虑围压和循环应力比影响的粗粒土路基累积变形模型。研究结果表明:循环应力比为0.3时是加载次数-累积动应变曲线由稳定型向破坏型演化的起点,随着循环应力比的增大,软化指数不断增大;当循环应力比小于0.3时,软化指数随着围压的增大而减小,当循环应力比大于0.3时,软化指数随着围压的增大而增大。累积变形模型反映循环应力比和围压对累积动应变的影响,能较好地预测累积动应变的发展趋势,且模型参数有明确的物理意义,能为粗粒土路基的设计和养护提供参考。     

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%。     

高速铁路水泥改良黄土路基长期动力稳定性评价

通过应力控制式动三轴试验对水泥改良黄土的疲劳特性进行了研究,探讨了水泥掺量、围压及固结比对其的影响,并基于临界动应力法以及动剪应变法对水泥改良黄土路基的长期动力稳定性进行了评价。研究结果表明:水泥改良黄土动弹性模量E_d随动应力σ_d的增加呈现出先增大后减小的趋势,提出了通过E_d-σ_d曲线确定疲劳动剪应变门槛的方法;ε_p-lg N曲线按走势可分为稳定型、临界型以及破坏型;疲劳动剪应变门槛及临界动应力随着水泥掺量、围压及固结比的增大逐渐增大,且水泥掺量对其影响最大,围压的影响次之,固结比最小,经回归分析,得到两个简单实用的经验估算公式。评价结果表明以水泥改良黄土作为基床底层填料时,路基长期动力稳定性满足要求,综合考虑建议水泥掺量控制在5%左右;动剪应变法是一种比临界动应力法更优的评价方法。     

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。     

高铁列车荷载作用下路基填料变形特性研究

针对高速铁路运营过程中路基填料动力稳定和变形控制的问题,采用平行相似法对高铁路基填料的级配进行合理缩放,考虑加载频率和含水率等因素,设计一系列不同加载条件下的循环三轴试验对高铁路基填料的变形特性进行研究研究,分析不同的影响因素对高铁路基填料轴向累积塑性应变和回弹模量的影响。试验结果表明：高铁路基填料的轴向累积塑性变形随加载频率和含水率的增大而增大;回弹模量随加载频率和含水率的增大而降低。研究成果对认识非饱和高铁路基填料的变形行为及动力稳定性具有重要意义。     

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。     

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。     

不同应力路径下饮和砂土垢动力学特性

通过对南京长江砂在等动应力比下的固结不排水动三轴试验,研究了饱和砂土在不同动应力路径条件下的变形特性。结果表明：动应力路径对土的动应力变关系有着显著的影响,在一定的等动应力比范围内,土的动应力奕变关系具有较好的归一性。     

多围压下三轴压缩试验与不可破裂颗粒离散元法分析

采用大型三轴试验仪器对道砟散体材料进行试验,重点研究不同围压条件下三轴试验力学特性与影响规律。同时基于离散单元法(DEM),采用非破裂不规则颗粒簇,在伺服条件下建立道砟三轴试验散粒体模型,对道砟颗粒在不同围压下进行相关数值三轴模拟,探讨偏应力、体应变、围压、体积应变与轴应变之间的关系,反映道砟基本力学特性。研究结果表明：采用离散单元方法进行数值模拟与室内三轴试验得到的一系列应力-应变规律基本一致,验证了离散单元法在道砟研究中的可行性与可靠性。同时,围压对道砟散体变形、最大偏应力、偏应力比值具有影响,其中随着围压提高道砟变形降低,因此在有砟道床设计和养护维修中,增大道床围压可降低道床沉降与变形。     

不同应力路径下堆石料的动力变形特性试验研究

采用大型多功能静动三轴试验机,对堆石料分别进行了常规三轴循环加载、等p循环加载和等q循环加载三种不同应力路径下的动力变形试验研究,探讨了不同应力路径下围压﹑固结应力比及动应力比等因素对体应变和偏应变的影响规律及其变形机制。试验结果表明：在循环荷载作用下,不同应力路径对堆石料体应变和偏应变的发展规律影响较大;在等p循环加载作用下引起的往返体应变为负值,即发生剪胀现象,且在轴向剪切时达到最大剪胀值,反向剪切时基本不发生剪胀;在等q循环加载作用下产生较大的残余体应变和残余偏应变,两者均不可忽略不计,主要与堆石料的各向异性和颗粒破碎有关。     

振动压实填石路堤动力响应试验研究

对贵州三穗-黎平高速公路风化板岩路堤试验段路基不同深度埋设动土压力盒,用两种重型压路机振动压实测试不同深处竖向、水平动力响应。结果表明,振动波在土中近距离传播时频率基本保持不变或略有降低,土粒在动应力作用下处于加压-卸载的循环过程;大功率压路机对表层土产生明显推挤作用并造成表层填料松散;动应力在土中以一定角度向下扩散,不同压路机扩散角亦不同;据波动理论推导所得动应力在土中随深度以指数函数衰减获得试验数据验证,竖向动应力衰减系数是水平动应力衰减系数的2倍;超大功率压路机产生的动应力水平远大于重型压路机,重型压路机在土中局部产生共振现象;实测动侧压力系数非固定值且随深度增加线性增大。     

主动围压作用下水泥粉质黏土SHPB试验与分析

为研究围压状态下水泥粉质黏土的冲击压缩特性,进行了不同围压和不同应变率条件下水泥粉质黏土的霍普金森压杆(SHPB)试验,分析了围压和应变率对水泥粉质黏土动态应力-应变曲线、冲击压缩强度以及破坏形态的影响。试验结果表明:围压和单轴状态下的水泥粉质黏土动态应力-应变曲线均经历弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段,但是两种状态下水泥粉质黏土试样的破坏形态不同,单轴条件下水泥粉质黏土试样的破坏程度随应变率增加而逐渐变大,围压作用下水泥粉质黏土在冲击试验后保持较好的整体性。围压和应变率共同影响水泥粉质黏土的冲击压缩强度:相同应变率条件下,水泥粉质黏土冲击压缩强度随围压的增加而增大;相同围压条件下,水泥粉质黏土峰值应力和峰值应变均随应变率的增加而增大,表现出明显的应变率效应。     

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。     

变围压条件下饱和红黏土动力特性研究

真实路基填料的应力路径十分复杂,常规循环三轴动力试验在常围压条件下进行,无法模拟真实路基填料的受力状态。基于此,为了更好的模拟交通荷载下路基层的真实受力状态,采用GDS循环三轴系统对赣南地区的路基红黏土分别进行了变围压(VCP)和常围压(CCP)下的循环三轴试验,在三种应力状态下,即相同的最大应力状态,相同的平均应力状态,相同的初始应力状态,对比分析了变围压对红黏土孔压发展、回弹模量和轴向累积变形的影响。试验结果表明,各应力状态下变围压都导致了孔压累积的增加。对于相同的最大应力状态,变围压下试样回弹模量较低,累积变形较大,而在相同的最小应力状态下则结论相反。对于相同的平均应力状态,变围压对红黏土长期变形特性的影响可忽略。     

考虑先期卸荷静偏应力的花岗岩残积土动力特性研究EI北大核心CSCD

先期静偏应力对土体的动力特性具有重要影响,以往的研究多侧重于加载引起的静偏应力,考虑先期卸荷作用影响的土体动力性质试验研究还很少见。围绕先期卸荷条件下原状花岗岩残积土的动力响应特征,开展了一系列包含先期卸荷阶段的动态三轴试验;基于土体强度包络线、试样固结及卸荷后应力状态三者之间的位置关系定义了卸荷度,用于表征实践中受诸多因素影响的土体应力释放程度,卸荷度反映了卸荷土体距离破坏状态的相对远近;根据试验结果分析了动应力幅值和卸荷度对土体累积塑性变形和动强度的影响规律。结果表明:随着动应力幅值的增大,轴向塑性变形累积模式加速向“破坏型”发展;先期卸荷作用助长了花岗岩残积土的轴向累积塑性变形,间接表现为临界动应力幅值随卸荷度的增大而减小,且此种助长效应随卸荷度的增大呈非线性(加速)增强趋势;相同循环周次下,花岗岩残积土的动强度随卸荷度的增大而减小。在此基础上,以临界动应力幅值为归一化因子,发现不同卸荷度下土体的动强度曲线可归一化为唯一的曲线,据此建立了可考虑先期卸荷程度影响的花岗岩残积土动强度表达式。