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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

分级循环加卸载下砂岩损伤力学特性研究

通过选取陕西省略阳市某滑坡表层的中风化砂岩进行静态单轴压缩试验与三轴循环加卸载试验,研究低围压循环加卸载条件下岩石的损伤力学特性,得到力学参数、损伤参数、滞回环面积等随循环过程的演化规律及循环荷载作用下砂岩的变形破坏机制。结果表明：循环加卸载试验过程中,围压增强砂岩抵抗变形破坏能力,随着围压增大,动弹性模量明显增大而动泊松比逐渐降低,砂岩试样内凹现象逐渐“模糊”;滞回环面积受围压与轴向载荷影响明显,与围压变化呈负相关,与轴向载荷变化呈正相关,轴向载荷增大时,不可逆应变逐渐累积,砂岩损伤加剧;砂岩内部原始裂隙在初始较低循环荷载作用下压密,后过渡到弹性变形与裂纹稳定扩展阶段,随着试验进行,裂纹加速演化不稳定扩张,岩样逐渐变形失稳破坏。     

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。     

列车动荷载长期作用下圆形隧道衬砌损伤分布特征及演化规律研究

为研究隧道衬砌车致损伤分布特征及演化规律,该文采用规范推荐的混凝土单轴拉压本构关系推导了复杂应力条件下增量损伤本构关系,并基于此本构模型实现了ANSYS标准计算流程的二次开发。通过与单轴拉压试验结果对比验证了计算的可靠性。建立了地铁圆形隧道-地层耦合动力有限元模型,基于改进的Miner累积损伤理论,研究了列车动荷载长期作用下衬砌结构的损伤分布、动力响应、损伤增量及累积损伤演化规律。结果表明:衬砌长期车致损伤关于隧道中心线对称,主要分布于仰拱结构,分布角约120°;列车荷载作用点下方衬砌结构中出现两个损伤集中区,其损伤幅值较其他区域大;随累积运行次数的增加,损伤集中区内车致动应力幅值减小约83%,动应变幅值增大约150%;损伤增量与累积损伤均随列车累积运行次数增加而增大,且呈非线性关系;采用改进的Miner累积损伤理论可提高预测隧道结构疲劳寿命的准确性。     

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。     

冲击荷载下花岗岩残积土的滞回曲线特征与损伤定量评价

为评价冲击荷载下花岗岩残积土的损伤发展规律,基于不同振幅(A = 100 ～400 kPa)、频率(f=3 ～15 Hz)和围压(σ'3 =50 ～500 kPa)下室内循环冲击试验得到滞回曲线的形态特征,提出4个反映试样在冲击荷载下的能量消耗、损伤程度、刚度衰减和塑性应变发展特性的定量结构损伤参数:累积耗散能量EN、...     

三轴受压粉煤灰陶粒轻骨料混凝土力学性能试验

以粉煤灰陶粒轻骨料浸泡时间、强度等级、侧向围压为变化参数,共设计120个粉煤灰陶粒轻骨料混凝土试件进行常规三轴受压试验,研究其在三轴应力状态下的力学性能。试验观察了轻骨料混凝土的破坏过程及破坏形态,获取了三轴受力状态下的应力-应变全过程曲线,分析了各变化参数对其三轴受压力学性能的影响规律。研究结果表明：随着围压值的增大,试件破坏由竖向劈裂破坏变为斜向剪切破坏,当围压值大于12 MPa时,试件则表现为外表无明显裂缝的鼓起破坏;应力-应变曲线受围压值影响较大,受骨料浸泡时间和强度等级的影响较小,围压值大于12 MPa后,曲线不再出现下降段;峰值应力随骨料浸泡时间、强度等级、侧向围压的增大而增大;峰值应变受陶粒浸泡时间的影响不大,随强度等级的增大而减小,随围压值的增大而增大;弹性模量随强度等级和围压值的增大而增大,受骨料浸泡时间的影响不显著。     

大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究

利用伺服试验机对大理岩进行了常规三轴压缩试验,基于试验结果,研究了岩样三轴压缩变形破坏及其能量特征。结果表明,低围压时岩样内部材料并未均匀化,岩石表现为应变软化特性;而高围压时岩样内部材料强度由低到高逐渐屈服,变形趋于均匀,岩石出现塑性流动特性。岩石峰值应变与围压成正线性关系;岩石残余强度对围压的敏感性显著高于峰值强度。岩石破坏应变能随着围压的增大而增大,且两者成正线性关系;岩石全部断裂能随着围压的增加亦成正线性增加。     

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。     

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。     

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。     

不同应变条件下橡胶颗粒⁃砂混合土动模量和阻尼比的联合试验研究

针对共振柱和动三轴两种不同仪器设备的试验性能和已有相关研究存在的问题,采用共振柱和循环三轴联合试验,研究了废弃轮胎粉碎橡胶颗粒-砂混合土在宽剪应变范围内动模量和阻尼比的动力学特性。结果表明:共振柱试验得到的初始动模量明显比动三轴试验结果要大,动三轴试验得到的初始动剪切模量对应的应变幅值较大引起测得的初始剪切模量偏小。采用共振柱获得的初始剪切模量来计算联合试验测得的宽应变范围内动模量比和阻尼比较为合理。同时发现,当剪应变幅值较小时,橡胶颗粒含量越高,混合土的阻尼比越大,主要由橡胶颗粒初始材料阻尼较大引起;当剪应变幅值较大且超过某临界值后,橡胶颗粒材料阻尼比随橡胶含量增加而减小,主要由混合料的应力-应变关系曲线对应的滞回阻尼越小引起。     

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。