地铁列车移动荷载作用下饱和软黏土地基动力响应及长期累积变形

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明:土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

地铁列车移动荷载作用下饱和软粘土地基动力响应及长期累积变形研究

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,本文通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明：土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

球应力循环加载下粒状土变形规律与本构描述

为评价动力作用下饱和砂土的变形,通过试验,研究了球应力循环加载下饱和砂土的变形规律,提出描述各变形分量的本构模型。通过系列的饱和砂土球应力循环加载的动力三轴试验,分析体积应变和偏应变随循环次数的变化规律;从细观组构角度分析粒状土各变形分量的产生原因;给出弹性和塑性模量表达形式,描述各变形分量的发展规律。结果表明:不可逆性压缩体应变随循环次数不断累积,累积速率随累积量增加而降低;可逆性压缩体应变呈现可恢复的循环变化,可采用弹性方法描述;可逆性和不可逆性偏应变量相对较小,可以忽略。     

超高性能水泥基复合材料的动态力学性能研究

采用60%的超细工业废渣取代水泥,采用粒径为2.5～3.0 mm的天然砂取代粒径为600 μm的磨细石英砂,并掺加了Dmax为5 、10和15 mm的粗集料,制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC);并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的UHPSFRCC材料进行了一次和多次冲击压缩实验.对材料的多次冲击压缩标准化强度进行了定义,揭示出了应变率、冲击次数、冲击方式、纤维掺量影响材料抗冲击性能的规律.试验表明,UHPSFRCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加不断提高;动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的提升;动态强度随应变率的提高相应地增长;损伤程度随冲击次数的增加不断地加剧、标准化强度则相应地下降.承受多次冲击的UHPSFRCC试件随冲击次数的增加其冲击下峰值应力的下降速度也将增大.     

地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变特性

目的研究地铁行车荷载作用下隧道周围土体变形特性,为城市地下轨道交通工程设计、施工及运营期间的安全稳定评价提供参考.方法通过室内动三轴试验,探索地铁行车荷载作用下粉质黏土累积塑性应变发展规律,在此基础上,利用数理统计知识计算各因素及因素之间的耦合作用对累积塑性应变的影响率.结果在相同试验条件下,累积塑性应变随围压增大而减小,随固结比增大而减小,随动应力幅值增大而增大,随频率增大而减小,随振动次数增大而增大.结论单因素中动应力幅值对累积塑性应变的影响最大,其次是围压和频率,最后是振动次数;围压与振动次数、频率与振动次数之间的耦合作用对累积塑性应变的影响可忽略不计;因素之间的耦合作用在一定条件下比单因素对累积塑性应变的影响效果要显著.     

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。     

疲劳荷载对橡胶-钢纤维混凝土变形、能量及损伤性能的影响

为了探究橡胶-钢纤维混凝土(rubber-steel fiber concrete, R-SFC)在疲劳荷载下的变形、能量以及损伤特性,利用电液伺服万能试验机对R-SFC进行静态压缩增幅循环加-卸载试验。结果表明：应力-应变曲线由密变疏,同时应力退化也逐渐增大;随着循环次数的增加,不闭合度呈现先减小后趋于稳定再增大的“三阶段”变化;加、卸载变形模量随着循环次数的增加而逐渐增大,且卸载变形模量大于相应的加载变形模量;加载应变、累积残余应变随着循环次数的增加而增大,且钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete, SFC)的加载应变和累积残余应变均大于R-SFC;总输入能速率、弹性应变能速率随着循环次数的增加而增大;随着循环次数的增加,耗散能先缓慢增大再迅速增大,且R-SFC的耗散能大于SFC;累积残余应变损伤和能量耗散损伤随着循环次数的增加而逐渐增大,且R-SFC的能量耗散损伤大于SFC,但R-SFC的累积残余应变损伤则小于SFC。     

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。     

铁路路基粗粒土填料累积变形试验研究

为了研究粗粒土路基在长期循环荷载作用下的累积变形规律,开展了一系列动三轴试验,分析了不同动应力比、围压及压实度对粗粒土累积变形的影响。研究结果表明:循环次数为1 000次时的累积应变大约为总累积应变的75%,累积应变随着动应力比的增大而增大;当动应力比相同时,围压越大,累积应变越大;粗粒土累积应变随压实度的增大而减小,说明提高压实度能够有效抑制累积应变发展。基于试验结果,提出了能够反映动应力比、围压及压实度影响的粗粒土累积应变预测模型,与试验结果对比有较好的一致性,研究结果可铁路路基变形的预测提供参考依据。     

干湿循环次数对粉质黏土动力特性的影响研究与预测

库水位周期性涨落和水库诱发微震的耦合作用,对土体的变形特性和力学性质的影响不容忽视.采用电液伺服土动三轴试验系统,对经历不同干湿循环次数的饱和粉质黏土进行了不排水三轴动力试验,探讨干湿循环对动变形、动孔压、动弹性模量等动力特性的影响效应;并结合动力学参数指标的发展规律,建立与干湿循环次数和累积塑性应变发展有关的预测模型.研究结果表明:经历干湿循环后土体内部结构产生了不可逆的变化,随干湿循环次数的增加,累积塑性应变呈现增大趋势,残余孔压比、弹性模量均呈现减小特征,且干湿循环的影响趋势逐渐减小;建立的关于干湿循环次数相关的修正模型,能够相对准确地描述和预测历经多次干湿循环后土样的累积塑性应变、残余孔压比和动弹模的发展规律.     

超高性能水泥基复合材料抗多次冲击性能

采用大掺量矿物掺合料(35%粉煤灰+10%硅灰+10%偏高岭土)等量取代水泥,与最大粒径2.36 mm的天然砂和2种不同形状(端勾型与平直型)的超细镀铜钢纤维,制备出超高性能水泥基复合材料(UHPCC).通过分离式霍普金森压杆装置对UHPCC进行高速冲击压缩实验,研究了应变率、冲击次数、纤维种类及掺量对该材料抗多次冲击性能的影响规律,同时采用X-ray CT扫描测试技术,揭示了UHPCC的动态损伤变化规律及其抗多次冲击机理.结果表明,在钢纤维掺量不超过3%时,UHPCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加而不断提高;动态压缩强度随应变率的提高而相应地增长;端勾型比平直钢纤维增强的UHPCC显示出更为优异的抗多次冲击压缩的性能,其破坏裂纹主要出现在试件的孔洞等薄弱区,破坏程度随冲击次数的增加而加剧,裂缝逐渐从边缘向中部扩展,最后导致试件贯通开裂.     

循环加卸载下饱和岩石变形破坏的损伤与能量分析

以中关铁矿深部饱水闪长岩单轴循环加卸载的室内力学试验结果为基础,结合线弹性损伤力学理论,针对饱和岩石在单轴循环加卸载作用下的变形、损伤及能耗特性进行了研究.结果表明:每一级加载与卸载过程的应力-应变曲线均呈内凹形,随着循环次数及应力水平的增加,塑性滞回曲线向应变增大的方向移动,且应变中不可恢复的变形逐渐减小;轴向应变、横向应变和体应变的绝对损伤参数与累积损伤参数均随循环次数及应力水平的增大而增大,且三者的变化趋势基本一致;能量耗散值与循环的次数近似呈线性关系,后一循环的能耗不等于前几次循环能耗之和.     

循环冲击对围压作用下砂岩特征的影响

利用带围压装置的分离式霍普金森压杆系统对砂岩试样进行不同围压下的循环冲击试验,探讨了冲击应变波的波形特征,并对围压与应力应变、损伤因子等物理量间的关系进行了分析.结果表明:透射波在砂岩试件中传播时存在明显的非线性,并可计算得到砂岩中冲击波的形成距离;砂岩在无围压作用下发生脆性破坏,有围压时表现出明显的弹塑性特征.当围压一定时,应力-应变曲线的上升段斜率随冲击次数增加而减小;当围压增大时,不同冲击次数下的应力-应变曲线差异减小;砂岩损伤因子随平均应变率增大呈幂函数增长,且二者均随围压增加呈现出良好的规律性.     

高静应力和频繁动力扰动共同作用下矽卡岩动力学特性

为进一步揭示深部岩体受到开挖爆破等动力作用时的破坏机理,利用基于SHPB装置的动静组合加载试验系统,首次对中高应变率下矽卡岩在高静应力和频繁动力扰动共同作用时的变形特性、能量规律、破坏模式等进行了研究.随着冲击次数的增加,岩石的弹性模量先增大后减小,而每次冲击时的最大应变整体表现出先减小后增大的趋势,最后一次冲击时弹性模量骤降,最大应变突增,岩石试样发生破坏.单位体积岩石能耗为负值,说明在冲击动载的作用下岩石试样表现出释放能量的特性,这是由于高静应力作用产生的弹性应变能受动力冲击作用诱导而释放;随着冲击次数的增加,单位体积岩石释放的能量先增大后减小.结构致密、强度较高的矽卡岩试样随冲击次数的增加表现出劈裂破坏模式.     

行车荷载作用下粉土路基的永久变形

为探讨行车条件下沥青路面粉土路基的永久变形规律,首先依据弹性层状体系理论计算不同路面结构类型、不同车辆轴质量下,沥青路面路基的竖向附加应力分布特征;然后通过动三轴试验,分析了粉土路基土在重复荷载作用下的累积塑性应变与动应力大小、土体物理状态的关系,并建立粉土路基土的循环累积塑性应变预测模型;基于上述理论分析和试验结果,探讨行车荷载作用下粉土路基的永久变形.研究表明:路基永久变形随轴载作用次数增加而逐渐增大,但当作用次数超过1×106次,增大速率逐渐减缓;压实度对粉土路基的永久变形影响较大,当路基压实度较低时,提高压实度、增加基层厚度或增大基层模量均能显著减小路基的永久变形,但当压实度高于93%,不同行车荷载、不同路面结构的路基永久变形差别减小.     

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.     

冲击荷载作用下含黏结界面混凝土破坏特征与应力应变分析

为研究冲击荷载下板式无砟轨道结构蒸养混凝土与自密实混凝土层间界面的破坏行为,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对含黏结界面混凝土进行冲击试验,并就其破坏特征和应力应变全曲线特性以及损伤本构方程进行探讨.结果表明：含黏结界面混凝土在动态冲击荷载作用下存在界面脱黏分离和整体破碎两种失效模式.界面脱黏分离失效模式下,随着应变率的增加,含黏结界面混凝土的动态抗压强度、强度动态提高因子(DIF)、峰值应变、冲击韧性均增加,具有明显的应变率敏感性;整体破碎失效模式下,界面脱黏变形和破碎变形同时存在,随着应变率的增加,裂纹向界面区域累积、拓展,界面起到了能量缓冲的作用,此时含黏结界面混凝土动态抗压强度、DIF基本不变,而峰值应变和冲击韧性增加.所建立的基于Weibull分布的本构模型与试验结果吻合较好,尤其对峰前应力应变曲线有很好的匹配性.     

循环温度荷载下砂土地基能量桩工作特性

为了解静力荷载下温度循环对能量桩承载特性的影响,运用室内模型槽试验,对多次循环温度荷载下砂土地基能量桩模型的工作特性进行了系统研究.试验结果表明:桩身附加应力峰值随循环次数增加而增大;桩顶无载荷时,桩端土压力变化最大值随循环次数增加而逐渐减小,多次循环后桩端土压力及桩顶位移恢复初值;当桩顶有较大载荷时,桩端土压力变化最大值随循环次数增加而增大,多次循环后桩端土压力分别增加了7,19kPa,桩顶位移产生沉降累积,最终沉降累积量分别达桩体直径的0.14%和0.58%.     

纯铁药型罩材料的动态应力-应变行为

利用Hopkinson杆技术对经930℃下退火2h的纯铁药型罩材料进行了冲击压缩实验,测定了该材料在不同应变率下的动态应力-应变关系.借助光学显微镜对变形后纯铁的组织进行了观察,研究了在不同应变率下变形过程中纯铁的组织演变和动态应力-应变行为.研究表明:在650～3850s-1的应变率范围内,纯铁药型罩材料有显著的孪生变形,发生了明显的应变强化和应变率强化效应,且最大应变也随应变率的提高而增加;在高应变率冲击下,孪生和滑移是纯铁的主要塑性变形机制,也是纯铁高应变率增强增塑的主要机制.     

冻融对严寒地区湿地软土路基累积应变影响

以绥满高速卧白施工段湿地路基软土为研究对象,将土样经过不同冻融循环处理后,使用动三轴仪器进行试验,分析该湿地地区的路基软土受冻融作用后,在不同动应力下累积应变随振次的变化规律.结果表明:在加载初期(振次N≤500),累积塑性应变会随着振次的增加而迅速增加,而当振次N≥1000后,其增长速率逐渐减缓且趋于平稳;随着冻融循环次数的增加,累积塑性应变量增大;随着振次的增大,滞回圈越来越瘦小,滞回圈的排布也越来越密集;提出平均增长比,用以表示间隔某几次冻融前后的最终累积塑性应变差值受冻融影响的程度;提出一种新的累积塑性应变拟合模型,缩小了指数模型累积塑性应变随振次变化的程度,该模型更加符合"稳定型"累积塑性应变随振次发展的形态;分析了相关拟合参数随冻融循环、动应力的变化趋势.