交通荷载下路基土动应力应变累积的特性

采用模型试验、循环荷载单轴压缩试验及原位监测试验与理论分析相结合的方法,研究了交通荷载下路基土动附加应力的时空分布规律,提出了路基土动附加应力累积效应的概念,探讨了动附加应力累积与荷载次数、荷载频率、动附加应力水平及深度的关系,分析了交通荷载下路基土塑性应变行为。由此得出动应力累积随加载次数的增加而增大,随深度的增加渐趋平缓,并确定了红黏土的临界应力水平为50%,建立交通荷载下路基土动附加应力量化模型和永久变形量化模型。最后,给出了交通荷载下路基土工后沉降的3种组成模式及其相关控制技术。     

交通荷载下低路堤路基的动力响应

为分析交通荷载在低路堤及其路基中的扩散和传递变化规律,从路基土工程特性和耦合动力学的角度,建立路基动力分析耦合力学模型,推导出耦合运动方程,以江苏连盐高速公路为研究背景,探讨不同工况下路基的动力响应规律.结果表明:车重、路堤高度、加载方式、路面基层刚度对路基振动影响明显,而车速对路基的影响不大,并将数值解和现场实测值进行比较,验证了所建路基耦合动力模型及计算方法的可靠性.     

土类对轴向循环荷载下桩性状的影响

根据粘土中和砂土中模型桩的试验资料,分析了不同土类中桩在单、双向循环荷载下其累积位移和动位移幅值随振动次数的变化规律。文中建议用循环荷载下桩的累积位移发展的条件来确定桩承载力的方法,得到了粘土中和砂土中模型桩的归一化承载力曲线。最后,讨论了土类对轴向循环荷载下桩承载力的影响．     

粗粒土的动力行为特征及永久变形特性研究

通过对粗粒土填料开展动三轴试验,分析了不同围压、轴向动应力作用下粗粒土的轴向永久应变发展规律.依据安定理论和累积应变速率随累积塑性应变的变化趋势,对粗粒土试样的永久变形行为进行了划分,建立了考虑应力状态及动荷载次数的永久变形预测模型,并给出了不同动力行为类型的参数取值范围.结果表明:轴向应变速率随累积应变的变化规律可作为划分粗粒土动力行为类型的依据;粗粒土试样的受力状态(围压、动应力幅值)对永久应变速率的影响显著;可用幂函数来描述粗粒土永久变形随动荷载的累积特性,函数参数可反映围压和动应力幅值的影响.研究结果有助于加深对粗粒土填料变形响应特性的理解.     

地铁行车荷载下土体动强度和动应力-应变关系

通过对南京地铁三山街站底部的原状淤泥质粉质粘土进行循环三轴仪的室内动三轴试验 ,采用一定的动应力频率、不同的动应力比以及不同的固结状态来模拟地铁行车荷载及隧道周围土体 .研究了在地铁行车循环荷载长期作用下 ,淤泥质粉质粘土的动强度和动应力 -动应变的变化规律 .实验结果表明 ,淤泥质粉质粘土的动强度随动荷载循环次数的增加而降低 ,在设计基础时 ,所取土的强度指标必须根据一次列车的动荷载大小及其循环次数而定 ;淤泥质粉质粘土在地铁列车循环荷载作用下的动应力 -动应变关系的形式仍可用R .L .Kondner的双曲线关系描述 ;土体的动剪切模量、动抗剪强度等具有随动应变值的变化而变化的规律     

低路堤软土地基在交通荷载作用下的动力特性试验研究

设计并制作了低路堤软黏土地基模型。测试了软黏土地基在交通荷载不同强度、不同频率下的动土压力和孔隙水压力;以及土压力和孔隙水压力随深度的变化。获得了低路堤软粘土地基在交通荷载作用下的动力特性发展规律。研究表明:在交通荷载循环作用下,无论荷载强度、荷载频率的大小,软黏土地基的土压力和孔压都是随着埋深的增加而呈衰减趋势。随着荷载频率的增加,土压和孔压的波动变化明显加剧,但压力值并不是随着荷载频率的增加而简单的增长或减小;随着荷载强度的加大,某一深度处土压力受到的最值变化不是很明显,而孔隙水压力却显著的发生了变化。     

级配土的力学性能试验

为了确定振动压实仿真分析时土壤的本构关系(应力-应变关系)及性能参数,对级配土的动三轴试验数据和直剪试验数据进行回归分析,研究了级配土的强度参数和应力-应变关系.试验结果表明:级配土的粘聚力c和内摩擦角φ均随干密度的增加而增加,随含水量的增加而减小;取对数后,lg(c)、lg(φ)与级配土干密度、含水量具有较好的线性关系;振动荷载下,级配土的动应力-动应变关系受固结应力、干密度和含水量的影响较大,在低固结应力时,级配土的动应力-动应变近似呈线性关系.     

交通荷载作用下粗粒土高路堤动力特性分析

为了研究粗粒土高路堤在长期交通荷载作用下动力响应特性及应力场演变规律,基于相似理论,进行室内动力模型试验。试验中,将交通荷载按比例进行缩减,通过动力模拟装置施加在路堤模型上;利用MIDAS/GTS软件建立粗粒土高路堤数值模型,通过模型试验结果与数值计算结果对比分析,探讨粗粒土高路堤在交通荷载作用下的动力特性。研究结果表明:路堤产生的动应力、位移能表征轴载相互叠加的特性;在路堤同一深度处,交通荷载对车轮正下方的路堤土体动应力响应影响程度最大,车辆载重对路堤影响程度显著高于车速对路堤的影响程度;在路堤不同深度处,动应力出现明显滞后,动应力曲线呈非线性衰减变化特征;路堤在循环荷载作用下,累积变形规律分为平缓增加、急剧上升、缓慢上升和趋于稳定阶段。     

石灰改良路基填料的动力特性试验研究

利用GDS动三轴仪对石灰改良路基填料开展动三轴UU试验,以石灰掺量、围压及动应力幅值为变量,分析了石灰改良土的累积轴向应变及应力应变滞回特性的变化规律。试验结果表明:首级加载下,各土样的轴向变形随循环加载次数增加先增大后趋于稳定,素土变形最大,2 000次振动后累积轴向应变接近6%,各石灰改良土在2 000次振动后累积轴向应变低于2%,其中L_C=6%约0.57%;同一石灰掺量下,土体变形随动应力幅值增大而增大,随围压增大而减小;土样的应力应变滞回圈随围压增大越靠近竖轴,面积越大,抵抗变形能力变强,滞回圈随动应力幅值增大距离竖轴越远,抵抗变形能力越弱。     

水泥改良泥质板岩土路基模型动力响应试验

为研究水泥改良的泥质板岩土路基的动力响应特性,结合工程实际在实验室内设计和建立足尺的水泥改良泥质板岩土路基模型和相应的路基动力加载系统,并且在路基内埋设动土压力盒、动应变计和振动速度传感器等测试元器件和布置竖向(沿深度方向)、横向测线。通过对路基模型进行循环动力加载与测试,获取路基横断面上的动力响应变化规律。研究结果表明:路基动应力、动应变和振动速度等动力响应量沿路基竖向和横向的衰减变化规律均相似;在动力加载作用点正下方的竖向测线上,动应力和动应变出现最大值,它们的竖向衰减系数也最大;随着与动力加载作用点横向距离增加,竖向测线上的动力响应强度逐渐降低,竖向衰减系数逐渐减小;动应力和动应变的横向衰减系数随深度增加而减小;加载频率对路基动力响应有较大影响;加载频率越大,路基动力响应越大;加载频率越大,路基动力响应衰减越快。     

江西重塑红黏土动特性研究

本文以江西东乡县重塑红黏土为研究对象,在不同物态和应力状态下进行室内动三轴试验研究。主要研究在不同含水率和固结围压条件下,红黏土破坏动应力-破坏振次关系、动粘聚力和动内摩擦角、动应变-动弹性模量关系以及阻尼比的变化规律。试验结果表明：相同破坏振次条件下,高固结围压和低含水率能提高土破坏时的动强度。土的动粘聚力和动内摩擦角随着土样含水率的增加线性递减。红黏土动弹性模量随着轴向动应变的增加而减小,同时动弹性模量的减小幅度也越来越小,最后趋于平缓。相同轴向动应变条件下,高固结围压和低含水率土样的动弹性模量更大。拟合后的红黏土动本构关系符合Kondner双曲线模型。同时红黏土的阻尼比随着固结围压和含水率的增大而增大。     

振动频率对饱和黏土动力特性的影响

为了了解振动频率对饱和黏土动力特性的影响,针对天津临港工业区典型黏土做了一系列原状土与重塑土的动力试验.结果表明,随着频率的增加,原状土变形曲线由破坏型向发展型再向渐稳型过渡,重塑土变形曲线多为直线型.对4种动变形曲线定义了不同的破坏标准,发现随着振动频率的增加,软黏土动强度的变化趋势为先提高,之后增长幅度减小.频率越低,原状土的孔压升高越快;但振动频率对于重塑土孔压发展影响较小,原状土的界限孔压比低于重塑土.振动频率越低,原状土的动弹性模量软化指数下降得越快,并最终稳定在界限软化指数;不同振动频率下,重塑土软化指数的发展较为一致.     

重复列车荷载作用下多年冻土路基长期变形分析

在青藏铁路北麓河段选取素填土路基断面开展列车通过实时振动测试,得到车载作用下路基路肩处的加速度时程曲线,并将该动力荷载转化为作用在路基表面的等效均布荷载.基于冻土三轴流变实验结果,对典型的青藏铁路多年冻土路基进行了重复列车荷载作用下的蠕变分析,得到了机车荷载作用下冻土路基所产生的长期变形量,量化了该部分变形在路基总变形中所占比例.研究结果表明,机车荷载作用下路基两侧坡脚产生较大的剪应变,并且逐渐向上扩展,垂直方向变形占总变形量的10%左右.     

煤矸石的动力特性试验研究

为了分析煤矸石用作高速公路路堤填料的技术可行性,采用固结不排水中型动三轴试验,对煤矸石的动强度、动应变、阻尼比及循环荷载下的动力特性等进行了试验研究.结果表明, 煤矸石的动应力-动应变曲线可用双曲线拟合,试验还获得了双曲线动力本构模型的具体形式及参数;根据循环荷载下轴向变形的累计特性,提出了改进的渐近屈服面弹塑性模型.该试验成果可用于煤矸石路堤的动强度、动变形及循环荷载下累计变形的计算.     

地基加固对隧道下穿铁路路基车致动力响应的影响

通过现场测试及数值模拟，研究了地表铁路行车作用下地铁隧道下穿铁路路基系统的动力响应规律，分析了下穿节点地基加固体弹性模量、深度等参数对地表振动及地铁隧道结构的影响。研究结果表明：车致地表振动频率由列车轮对分布、轨枕间距及行车速度共同决定；地基加固增加了下穿系统的车致振动响应，降低了高频振动的衰减速度；提升加固体模量，会增大地表振动加速度；加固深度提升至隧道底部可有效降低隧道的附加动应力。     

长期循环荷载下粉细砂的累积变形特性

在分析循环荷载下粉细砂轴向塑性累积变形受初始孔隙比、有效固结压力及动应力比等因素影响规律基础上,考虑动偏应力水平及初始固结压力影响,建立了一种参数具有明确物理意义的计算粉细砂在循环荷载作用下轴向塑性累积变形的显式模型.通过对上海地区粉细砂非等向固结排水循环三轴试验结果进行模拟,得到了相关参数,验证了模型的有效性和合理性.     

循环荷载作用下土质边坡动力响应分析

为研究土质边坡对循环荷载作用的动态响应规律,通过有限元对不同工况下土质边坡的振动响应进行模拟。结果表明,当循环荷载位置及加载频率一定时,边坡各测点竖向加速度、位移和速度响应峰值随循环荷载振幅增大而增大,且加速度和速度大致呈线性关系;各测点响应峰值随边坡高程变化而变化,测点离振源越近,动力响应越剧烈,响应增幅越大;当循环荷载位置及振幅一定时,边坡在1.5~2.5 Hz频段出现强响应,产生对其不利的共振现象;当循环荷载振幅及频率一定时,边坡的响应峰值随着荷载位置距坡肩距离(L)减小而增加,当L超过10 m后边坡振动响应变化幅度趋于不变。研究结果对认识循环荷载对土质边坡的影响及合理评价边坡工程环境振动具有重要的工程应用价值。     

既有铁路开行大轴重列车路基的动力稳定性

为研究既有铁路开行大轴重列车路基的变形和强度稳定性,选取既有线典型路基土,借助动三轴仪,试验研究了重载下路基土的累积塑性应变和临界动应力,建立了路基土累积应变的预估公式;在此基础上,通过动力有限元分析得到了重载下路基的动应力,并基于分层总和法的思想计算了路基的动力附加变形.研究表明,当路基压实系数低、饱和度高时,路基动力附加变形随列车轴重增加迅速增大,且轴重超过27 t,增大速率明显加快,但当路基压实系数大于一定条件,轴重增加对路基附加变形的影响较小;重载下路基动力附加变形的影响深度主要在2.5 m内,且显著影响深度约为1.0 m;重载下路基未发生动强度破坏情况下也会产生不能接受的永久变形.可通过提高路基压实系数(或强度)显著减少重载下路基的附加变形量和变形达到稳定的时间.     

侧向卸荷条件下不同含水率原状黄土变形特性分析

为研究原状黄土的侧向卸荷变形特点,选取陕西地区具有代表性的不同含水率Q₃原状黄土,进行不同固结压力下的分级侧向卸荷试验。试验结果表明：原状黄土在侧向卸荷下应力应变曲线为硬化型;初始固结压力较低的试样无明显破坏且轴向应变最终趋于稳定,固结压力较高的试样则发生破坏且轴向应变持续增加,对于低固结压力试样,含水率越高,最终稳定时的轴向应变越大;提出原状黄土的临界轴向应变比值,并通过拟合得出指数函数表达式,以计算各种情况土体卸荷达到塑性破坏时的围压值;根据试验结果拟合得到初始切线模量的经验公式,从而推导出不同含水率原状黄土在卸荷时的变形模量计算公式。