动力作用下路基土石混合料的安定临界荷载研究

基于黏土路基填料的改良需求,针对在黏土中掺入砂、砾的土石混合料,开展了一系列不同围压、动偏应力、压实度、含水率条件下的大型动三轴试验,探讨了土石混合料填料累积塑性应变的增长特点及影响因素,分析了ε_p/N与εp之间的关系,依据安定理论对累积塑性应变的增长类型划分为3个类型:增量破坏型、塑性蠕变型、塑性安定型,利用Dawson公式得出了安定临界荷载与轴力、围压之间的关系,为判断动力荷载作用下路基土石混合料的稳定性提供了定量标准。     

大振次交通荷载对压实黄土微观结构变化的影响

长期交通荷载作用下路基土体累积应变的持续发展在引发路面沉降的同时也会影响土体的动力特性。当前研究大多停留在宏观角度,并未从微观上合理揭示其应变发展、动力参数变异的机理。在我国西北地区的公路交通建设过程中,黄土是应用最为广泛的路基填料。为了揭示长期交通荷载作用下压实黄土的宏观力学响应与其微观结构变化的内在联系,采用动三轴试验得到了长期交通荷载作用下压实黄土的累积应变和动模量随振次的发展规律,进而结合扫描电镜对振动前后压实黄土试样的微观结构进行了对比分析。研究结果表明,长期交通荷载作用下压实黄土的累积应变及动模量随振次的发展表现为明显的两阶段变化特征。按照塑性应变速率发展规律可以对其两阶段变化进行定义,分别为"对数下降段"和"稳定震荡段"。长期交通荷载作用前后压实黄土的微观结构变化主要表现为"凹坑"和贯通孔隙的闭合、颗粒之间胶结的断裂以及颗粒的破碎和重分布。推测"对数下降段"累积应变的快速发展和动模量的逐渐增加是"凹坑"和贯通架空孔隙闭合的宏观表现,"稳定震荡段"累积应变的持续发展和动模量的逐渐衰减则是颗粒之间胶结的断裂以及颗粒的破碎和重分布的宏观表现。建议在工程中通过预振等措施消除对数下降段的累积塑性应变,以期有效控制运营期沉降。     

基于不同初始静偏应力的结构性软黏土动力特性试验研究

以天津滨海新区结构性海积软土为研究对象,采用GCTS动静扭剪试验仪,基于正弦波与方波两种波形,在固结排水条件下施加不同初始静偏应力,通过考虑循环振次、应力幅值、振动频率以及围压等因素对土体结构的影响,研究结构性软黏土的动力特性。试验结果表明:初始静偏应力小于土体初始屈服应力时,施加静偏应力增加了土体固结度,提高了其结构强度,应变软化现象减弱,累积塑性应变曲线中屈服点对应的应力值大。初始静偏应力大于土体初始屈服应力时,土体初始结构破坏,出现严重的应变软化现象,累积塑性应变曲线迅速由稳定型转变为临界型,且在同条件下,方波应变值始终大于正弦波。孔压变化与初始静偏应力有关,随着静偏应力增大其孔压滞后现象严重。土体屈服应变随初始静偏应力增大而增加,静偏应力及振次相同时,方波作用下的土体屈服应变值小于正弦波。两种波形下,土体屈服应变随振次增加均呈减小趋势,且最终均会趋于一点,正弦波趋于相同数值下的振次远大于方波。土体动强度随应变标准提高而呈现增大趋势,应变标准为屈服应变值时,动强度曲线表现为先陡后缓,其他应变标准下动强度曲线较为平缓。两种波形下的动强度随振次增加而减小,最终均会趋于一点,且正弦波值大于方波。     

固化粉煤灰动力特性试验研究

结合镇江城市道路路基处治项目，进行了固化粉煤灰的动三轴试验，分析了固化粉煤灰在重复荷载作用下的永久变形及动力特性，研究固化粉煤灰弹性应变、累积塑性应变、临界动应力和动回弹模量变化规律，论证了固化粉煤灰作为城市道路路基填料的可行性：结果表明：动应力是影响固化粉煤灰的动回弹模量大小的主要原因，其临界动应力值在90～100kPa之间，动态特性完全满足城市道路路基的设计要求,研究结果对类似工程研究具有借鉴意义。     

控制CBR条件下路基化学改良土的动力特性研究

为了研究高速公路软弱路基土经化学改良后的动力特性,该研究收集了湖北省湖区具有代表性的路基土,在控制加州承载比(CBR)为4.0%和3.0%的条件下,配置了多组不同含水率、改良剂类型、改良剂掺量的改良土试样,并利用循环加载试验测试了相应的回弹模量和累积塑性应变。试验结果表明:改良土的回弹模量和累积塑性应变受应力状态、塑性指数(IP)、水/改良剂比例、养护时间的显著影响。在同一CBR条件下,相比高IP土,低IP土改良后的回弹模量值总体上更高,但更容易产生较大的累积塑性应变。对于低IP土,增加水泥掺量或降低水/水泥比例可以有效增加回弹模量、降低累积塑性应变,增加养护时间可明显降低累积塑性应变;对于高IP土,改良剂掺量则不宜过高,其中当采用水泥-石灰作为改良剂时,增加养护时间同时有助于提高回弹模量和降低累积塑性应变。     

膨胀土与改性膨胀土累积塑性应变及动力特性

结合成都绕城路膨胀土路基处治项目,利用动三轴试验研究膨胀土及改性膨胀土在重复荷载作用下的永久变形及动力特性。分析不同围压下弹性应变、累积塑性应变和动应变与荷载重复作用次数之间的关系,在log log坐标系中比在普通坐标系中能更好地区分累积塑性应变的三个阶段。比较了膨胀土与改性膨胀土的动力特性(如动弹性模量、动粘聚力、动摩擦角、阻尼比等),经改性后的膨胀土其力学特性得到了明显增强。     

透水性级配碎石基层填料永久变形特性及预估模型

透水性级配碎石基层填料因其大而连通的孔隙可有效增强道路系统的排水和生态功能,对“海绵城市”建设意义重大,但其在交通荷载重复作用下的变形稳定性仍有待深入研究。针对由颗粒堆积理论提出的石砂比(G/S)指标所设计的5种不同的透水性级配碎石填料试样，开展了室内动-静三轴试验,研究了级配和应力状态对填料抗剪强度和累积塑性(永久)应变特性的影响,相应地提出了基于级配和剪应力比的力学-经验法预估模型,验证了模型的准确性。研究结果表明：相同G/S值的填料试样在同一围压水平下的轴向累积塑性应变随剪应力比的增大而增大,在同一剪应力比水平下的轴向累积塑性应变随围压的增大而增大；G/S=1.6~1.8的级配碎石填料抗剪强度和抗永久变形性能均最佳,预估模型对于不同G/S值、剪应力比和围压水平下透水性级配碎石填料轴向累积塑性应变的预测具有较高的准确性。     

基于砾钢渣+橡胶颗粒的新型填料动剪切模量与阻尼比特性试验

为了解决固体废弃物循环利用问题,提出将废旧轮胎橡胶颗粒掺入废弃钢渣中形成新型土工填料。为了了解该新型填料的动力特性,采用共振柱试验对基于钢渣+橡胶颗粒的新型土工填料的动剪切模量和阻尼比特性开展研究。首先分析围压与橡胶颗粒含量对新型填料动剪切模量和阻尼比的影响,试验结果表明：动剪切模量和阻尼比与剪应变的关系类似传统土类,动剪切模量随着剪应变的增大而减小,阻尼比则随着剪应变的增加而增大,变化曲线趋势基本一致;新型填料的动剪切模量随着钢渣含量的减少和橡胶颗粒含量的增加而逐渐减小,橡胶颗粒含量达到20%时,动剪切模量与剪应变的关系曲线低缓显著,新型填料中橡胶颗粒不宜掺入太多。然后,基于Hardin-drnevich双曲线模型建立新型填料的动力特性理论模型,Hardin-drnevich双曲线模型能够较好地模拟新型填料动剪切模量归一化的数据,并对新型填料参考剪应变随橡胶含量的变化趋势进行了预测。最后,将新型填料的最大动剪切模量与纯钢渣、南京砂和福建标准砂的最大动剪切模量进行比较。分析结果表明：新型填料的橡胶颗粒含量不宜超出15%,这种新型填料动剪切模量适中,阻尼比较大,具有较好的抗震减震能力,能够替代砂土成为一种回填材料。     

反复湿化和动载作用下路基红黏土累积变形特性研究

针对南方湿热地区红黏土路基受干湿交替环境和行车荷载往复作用而出现过大附加沉降的问题,为揭示反复湿化和动载联合作用下路基红黏土的累积变形演变规律,采用喷雾加湿和暖风干燥的方法对压实红黏土试样进行定量增湿与脱湿,制备了4个不同湿化幅度和5种不同湿化次数的试样,并通过动三轴试验测试了湿化幅度、湿化次数和动应力幅值对累积变形的影响。研究结果表明:累积塑性应变随湿化幅度的增加呈非线性增大,存在临界湿化幅度为1.5%,超此幅值时累积应变成倍增加;试样经历初次湿化时,即从0次到1次,累积应变增幅较大,第2次和第3次时增幅放缓,而进行到第4次时,累积应变增幅又变大;动应力较小时,累积应变在较少振动次数下趋于稳定,而当动应力超过临界动应力水平,试样累积应变迅速增长直至破坏,且动应力对累积塑性应变的影响随着反复湿化幅度和次数的增加而增大;累积应变状态受湿化幅度、湿化次数和动应力幅值的耦合影响,从塑性安定型演变为增量破坏型,其典型滞回曲线形状由从疏到密变化到从密到疏,面积越来越大。最后基于试验加载结束时累积应变的幂函数变化规律,以湿化幅度、湿化次数和动应力幅值为变量,建立了动力湿化应变的预测模型,可用于实际工程常出现的稳定型累积应变状态的湿化变形预测。     

石灰改良粉质路基土永久变形特性研究

利用三轴循环加载设备对石灰改良粉质路基土进行重复加载,研究其永久变形特性.分析了循环累积应变与循环次数、围压、频率的关系.分析结果表明:路基土累积应变随应力水平和循环周数的增加而增加；累积应变的增长速率随应力水平的增大而增大,随应力水平的减小而减小；当应力水平高于临界值时,土体强度随循环周次的增加而软化、破坏.     

控制UCS条件下的路基无机结合料改良土动力性能评价

针对湖南省四种不同塑性指数(PI)的路基软土,在控制无侧限抗压强度(UCS)为350 k Pa和700k Pa的条件下,研究了采用粉煤灰、石灰、水泥三种无机结合料进行改良的配比组合方案,并对改良土进行了循环加载试验以评价其动力性能(如回弹模量和累积塑性应变)。研究结果表明,各种结合料组合对提高USC的效果排名为:(石灰+水泥)水泥(石灰+粉煤灰)粉煤灰石灰,为达到目标UCS,土的塑性指数越大,则改良所需的结合料组合排名越靠前。由于素土类型和改良方案的区别,UCS相近的改良土可能呈现较大差异的回弹模量。在同一UCS控制条件下,改良土回弹模量总体随着水/结合料比例的减小而提高,而累积塑性应变则总体随着该比例的减小而降低,回弹模量、累积塑性应变均与土的PI无明显相关性,在7 d的基础上适当延长养护时间可以有效提高回弹模量,在实际工程中,利用改良土应重视压实后的养护工作。     

循环荷载作用下岩盐动力特性及累积变形研究

针对岩盐动力特性及累积变形规律研究匮乏的情况,分析了不同试验条件对岩盐动力特性和累积变形发展规律的影响.通过室内动三轴试验,研究了动应力幅值、围压、含水率和加载频率等影响因素作用下岩盐的动强度、动剪切模量和累积应变发展规律.基于Monismith等提出的指数模型,建立了能够合理预测岩盐累积变形的计算模型,并确定了相关参...     

P5含量对路基粗粒土动力特性影响规律试验研究

为了研究P_5含量对粗粒土动力特性的影响,开展不同P_5含量粗粒土的大型振动三轴试验。试验结果表明:当P_5=10%～70%时,增加P_5含量能显著增大试样最大动弹性模量,P_5含量从50%增至70%时,最大动弹性模量增长26.2%。当P_5=70%～90%时,最大动弹性模量呈下降趋势。试样最终轴向累积应变,最大阻尼比随P_5含量增加先减小后增大,在P_5=70%时达到最小值。在振次N=1 000次以前试样完成大部分变形累积,且轴向累积应变增长速率不断减小;在振次N1 000次以后,轴向累积应变增长速率保持在一个较低水平,试样只有很小的累积变形,曲线趋于稳定,表明试样在该级荷载下处于稳定状态,其动力响应也趋于弹性。     

冻风积土的塑性损伤阈值及演化规律

为了获取冻风积土在循环逐级加载过程中发生的动力损伤特征,通过对不同负温、围压及振动频率条件下的冻风积土试样进行动三轴试验,测得其动应力-应变曲线。按照冻风积土发生各向同性损伤及塑性应变增量垂直于屈服面的基本假设,利用塑性势函数F(Y,D,σ)相关联流动法则并按照R-O硬化定律建立了冻风积土加载过程中塑性损伤演化模型(P模型)。利用文中提出的有效应力分析方法对试验所测得总动应变中所包含的累积塑性变形部分进行分离,实现了对P模型中参数拟合的目标;根据一、三主应力对D-P屈服边界进行划分以确定加载过程中弹塑性变形特征。通过分析裂隙发展规律研究冻风积土内部塑性损伤演化过程,将累积塑性变形变化率曲线的拐点作为冻风积土发生塑性损伤的阈值,给出了确定初始发生塑性损伤的理论依据。研究结果表明:P模型与相关文献模型确定的塑性损伤变量变化规律具有一致性,为冻风积土路基或基础的动力灾害防治研究提供理论基础。     

基于LS-DYNA的偶数跨刚构-连续梁桥车桥耦合振动分析

基于一偶数跨刚构-连续梁桥(跨径组合为65 m+2×110 m+65 m=350 m),利用动力有限元软件LS-DYNA建立了车桥耦合仿真简化分析模型,其中桥梁模型采用实体单元模型,车辆采用12自由度的简化模型。通过现场跑车试验对比分析了实桥测试动力响应与车桥耦合仿真分析结果,分析表明两者结果吻合良好。同时,针对该刚构连续梁桥,分析了同等跨径组合情况下不同结构类型(连续梁桥和连续刚构桥)的车桥耦合动力响应,对比分析了三种不同结构类型各控制截面的动弯矩、动挠度响应。结果表明:同等跨径组合情况下,连续刚构桥跨中的动挠度和动应变值最小,而墩顶的动应变值要大于其他两种结构类型。     

高速公路路基填料CBR试验值的研究

结合在建高速公路研究了影响粘性土CBR值的主要因素。根据土样塑性指数相同，而CBR值差异很大的实验结果，从土体的颗粒组成、矿物成分等几方面研究了其对填料CBR值的影响。得出如下结论：影响CBR值的主要因素是土体中矿物类型及其含量的多少，其次为粘粒组颗粒曲线分布情况及粘粉比。粘粉比越大，CBR值越小。     

基于动剪切应变法的红砂土路堤长期动力稳定性分析

针对湖南省某高速公路红砂土路堤长期动力变形问题,利用动三轴试验,测试了不同含水率、围压和动应力下红砂土试样的动力变形参数,根据ε_a—lgN曲线走势特征,将试样分为稳定型、破坏型2类,随后探讨了不同类型试样的动剪切应变发展规律,获取了可用于鉴别红砂土长期动力稳定性的动剪切应变门槛值,并根据围压和含水率给出了预测动剪切应变门槛值的经验方程,最后通过有限元计算,将不同轴重下路堤产生的动剪切应变值与相应门槛值进行了比较,探讨了该红砂土路堤的长期动力稳定性。结果表明:当红砂土路堤处于最优含水率状态时,各级轴载下的动剪切应变均低于门槛值,长期动力稳定性较好;而当路堤处于饱和状态时,超载20%、40%、60%情况下路堤动剪切应变均超过了门槛值,路床以下1 m范围的路堤可能产生较大的永久变形,易导致路面开裂等病害。研究成果可供红砂土路堤设计及稳定性评价参考。     

循环荷载作用下风积沙的ε_p-N曲线特性和动强度试验研究

针对新疆三岔口-莎车高速公路某取土场的风积沙,采用重塑试样,进行围压为10、20和30kPa的动三轴试验,得出风积沙在循环荷载作用下的ε_p-N关系曲线。试验结果表明:动应力幅值不同时,ε_p-N关系曲线可分为3种类型:衰减型、临界型和破坏型。以累积塑性应变为破坏标准,得到风积沙的动强度,发现风积沙的动强度随着围压的增加而增大,随着动荷载循环次数的增加而减小。在试验分析的基础上提出动强度与荷载循环次数指数曲线模型,计算得到不同荷载循环次数和不同围压时风积沙的动强度。     

考虑砂土应变软化的实用分析模型

在摩尔-库仑模型的基础上,介绍了一种考虑砂土应变软化的实用分析模型,将土体内摩擦角及剪胀角定义为塑性剪应变的函数,较为合理地反映砂土材料全过程强度发挥特性。通过三轴试验及条形锚板上拔模型试验对该分析模型的合理性进行了验证,能较好地反映砂土材料的应变软化特性,准确地揭示出锚板上拉过程中地基土渐进式破坏过程,可适用于大变形情况下砂土与结构物之间的相互作用分析。     

黄土的动强度特性试验分析

在试验的基础上,对山西省万荣地区Q2原状黄土的动强度特性进行分析。结果表明：不同固结应力条件下,Q2原状黄土的动应力应变关系呈双曲线形式,固结应力条件对动应力应变关系有明显的影响;Q2原状黄土的Ed和Gd随动剪应变的增大而减小;不同固结应力条件下,动剪切模量比与动剪应变比的关系具有良好的归一化特性;阻尼比随动剪应变增大其分布没有明显的规律性,但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。