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。     

干湿循环作用下某路基土强度特性研究

我国南方地区公路路基土的含水量通常处于随季节降雨而不断变化过程中,土的力学性能随干湿循环而呈现明显的周期性变化。通过进行某路基压实红粘土的干湿循环试验和固结压缩试验,对某路基红粘土湿化膨胀及干燥收缩和力学性能进行了研究。试验结果表明干湿循环过程中压实试样膨胀和收缩变形均随着循环次数的增加而减小;湿化膨胀和干燥收缩过程中累积的塑性变形随着干湿循环次数的增加而减小;初始饱和压实试样的屈服应力为70 kPa,弹性压缩指数为k=0.032,塑性压缩指数为λ=0.179;两次干湿循环后力学参数变大,多次循环后(四次)由于试样中微裂隙的产生导致力学性能变差。     

高速公路路基压实低液限粉质黏土动力特性分析

通过对压实度在95 %的粉质黏土的室内动三轴试验,深入分析了重塑粉质黏土的动孔压的发展规律、动变形的变化规律、动强度参数和累积塑性变形,以掌握动应力、围压变化对动孔压的影响规律。研究表明:在实际路基工程中降低路基顶部动应力幅值,提高路基压实度和适当的边坡防护,可以有效地减小路基累积塑性变形和稳定。依据累积变形曲线可以判断低液限粉质黏土路基土在循环荷载作用下的稳定情况,可为路基本体在动荷载作用下的永久变形计算和预测提供参考。     

干湿循环和荷载作用下粗粒土动力特性试验研究

通过室内大型动三轴试验分析动应力幅值、荷载频率、干湿循环次数等对粗粒土填料动力特性的影响,根据动应力-动应变变化关系分析粗粒土的动力特性。结果表明,粗粒土试样在相同动应力幅值和围压条件下,荷载频率不同导致动应力-应变形成的滞回圈曲线存在差异;在循环荷载作用下,试样表现为应变软化型和应变硬化型两种状态;随着干湿循环次数的增加,试样的动应力水平逐渐衰减,特别是在前2次干湿循环中水平动应力衰减程度最大,随后逐渐趋于稳定;干湿循环和荷载作用均会对试样的阻尼比λ和最大动弹模量Edmax产生影响,其中对阻尼比λ的影响程度较小。     

先期振动对高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响

先期振动对土石坝地震变形影响显著。通过开展不同先期动应力作用下的动三轴试验,研究了先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响。结果表明:先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的弹性轴应变无明显影响,但显著降低了其塑性轴应变;未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的残余变形在先期振动影响下显著减小,与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为48.1%和42.0%;先期动应力为80%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为80.9%和71.6%。先期动应力幅值越大,再次经历动应力时未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料产生的残余变形越小,抵抗变形能力提高越明显。最大残余变形的降低幅度与固结比、围压及高聚物含量无关。随后修正了沈珠江动残余变形模型,修正后的残余变形模型可以反映高聚物对堆石料残余剪应变和残余体应变的影响。与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的高聚物胶凝堆石料(高聚物质量比R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了27.7%和61.2%;先期动应力为80%围压的高聚物胶凝堆石料(R_p=2%)的改进残余变形模型参数c₁和c₄分别降低了68.8%和79.3%。     

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。     

路基黏土改良填料的动剪应变门槛研究

土体的动剪应变幅值是分析土体动力特性的关键参数,针对掺砂、砾的路基黏土改良填料,进行了一系列不同围压、动偏应力、压实度、含水率条件下的大型动三轴试验,探讨了改良填料累积塑性应变的增长特点和类型,分析了动剪应变与累积塑性应变增长的内在联系,最终得出了区分累积塑性应变增长类型的动剪应变门槛,由此可以利用土体所表现出的动剪应变值判断其动力稳定性。     

红土粒料永久变形演变规律

针对红土粒料基层在反复碾压和雨水作用下发生的结构损伤现象,开展了非洲几内亚红土粒料的室内三轴试验,对比分析了应力状态、湿度波动、压实度、荷载作用等对永久应变的影响,研究了永久变形随重复荷载作用与湿度波动(特别是干旱、降雨、旱湿循环等极端条件)的演变行为,揭示了红土粒料基层结构性能损伤机理。试验表明:随着荷载作用次数的增加,红土粒料永久应变先快速增长后逐渐平缓。含水率、压实度及偏应力等对永久变形的影响显著:当偏应力从103kPa增加到276kPa时,红土粒料永久应变的增幅为5%～25%,个别工况下永久变形增幅最高为40%;当由干化状态增大至湿化状态时,红土粒料的永久变形增长约2. 3倍;干湿循环后的试件,永久变形下降幅度为40%～80%,在压实度较低时永久变形下降的幅度较高。Monismith模型可用来表征红土粒料随荷载作用次数的演变规律,相关性普遍在0. 90～0. 95。红土粒料永久变形随荷载作用的演变规律,可以从红土粒料的颗粒组成和破碎变形进行分析。     

压实红粘土收缩变形及裂缝扩展规律研究

由于红粘土具有高含水率、高塑性、高孔隙比等特殊的工程性质,特别是路基表面失水收缩产生了开裂,使得路基产生了一些病害。论文以六盘水内环快线红黏土基填料为研究对象,通过室内制备试样,在105℃条件下进行干燥,在干燥过程中测量收缩变形以及裂缝的条数、宽度和长度,揭示了收缩条件下红粘土收缩变形和裂缝的演变规律,对红粘土地区公路建设具有一定的实际意义。     

榆佳高速公路石灰稳定土极限动力特性研究

为了获取石灰稳定土在极限状态下的动力学特性,在榆佳高速公路佳县某路段采取扰动土样,进行标准击实试验,制作标准重塑试件,利用DDS-70循环三轴试验系统,测试了动应力幅值为100、150、190、200 kPa,围压为25、50、75 kPa,含水量为26.0％、21％、18％,循环次数为2 000、5 000次,固结比为2.0、振动频率为3 Hz、5 Hz的条件下石灰土的动应力—应变关系.试验表明:在动荷载作用下,石灰土失稳破坏前的永久变形难以达到动强度判别标准所要求的应变值,采用临界动应力才能表征石灰土产生失稳变形的性状.石灰土的临界动应力范围值界定为190～200 kPa.含水量与振动频率对所研究的石灰土临界动应力影响较小,但随着含水量的增大和振动频率的增加,石灰土的临界动应力总体上有减小的趋势,趋近于上述确定范围的下限值190 kPa.这些值可以作为榆佳高速公路石灰稳定土的动力设计参考值.     

循环荷载下水泥土桩复合单元体变形特性及其地基长期沉降计算方法

对于软土地区的路基工程,若路基处理不当,在长期交通荷载作用下,容易导致服役期路面开裂、不均匀沉降等问题。水泥土搅拌桩法是软土地区最常用的路基加固方法之一。研究循环荷载下水泥土桩复合地基的变形特性,对于指导交通荷载下软土地基长期沉降控制具有重要意义。然而,现有研究主要集中在软土和水泥土单一介质,对于水泥土桩复合体的研究较少。通过开展水泥土桩复合单元体大型动三轴试验,分析围压、静偏应力和置换率等因素对水泥土桩复合体累积塑性应变的影响。研究结果表明：循环荷载下水泥土桩复合体累积塑性显著小于软土,且应变随围压、动应力比及静偏应力的增大而增大,随置换率的增大而减小;静偏应力的增加会导致复合单元体临界动应力比的减小。基于试验结果,建立了水泥土桩复合体长期沉降计算方法。结合现代有轨电车算例,分析交通荷载作用下软土路基以及经水泥土桩法处理后的路基长期沉降结果。计算结果表明,采用水泥土桩法可有效减小软土路基长期沉降。     

基于Martin-Darvidenkov模型的冻结粉质黏土动力特性研究

冻土作为一种由固体矿物颗粒、冰晶体、未冻水及气体组成的多相结构体系，其动力学性质相较融土更为复杂。为了研究冻土动力特性的演化规律，探究等效线性黏弹性模型对冻土的适用性，以青藏粉质黏土为对象开展了一系列分级循环加载条件下的低温动三轴试验，深入分析冻土动弹性模量和阻尼比随振次、围压及动应变幅值的变化规律。研究结果表明：冻结粉质黏土骨干曲线的初始斜率随围压的增大而减小，体现了围压的强化作用；分别采用H-D模型和M-D模型对冻土的骨干曲线进行描述，结果显示相比H-D模型，采用M-D模型可以较好地模拟冻结粉质黏土骨干曲线在高动应变幅值下的软化现象；冻结粉质黏土的动弹性模量随动应力幅值的增大非线性减小，且基于M-D模型的动弹性模量预测模型可较好地描述冻结粉质黏土动弹性模量随动应变幅值的非线性变化规律；在每级循环荷载作用下，动弹性模量随振次的增大有小幅波动；滞回曲线面积随动应变幅值的增大呈非线性增大的趋势，阻尼比随动应变幅值的增大呈现出先减小后增大的趋势。此外，在每级动荷载作用下，当加载级数较小时，阻尼比随振次的增大逐渐减小，随着加载级数的增大，阻尼比随振次增大而减小的趋势逐渐减弱；当加载级数较大时，阻尼比随振次的增大呈现出逐渐增大的趋势。     

重复荷载下粉性路基土永久变形特性和预估模型

以动三轴试验模拟行车荷载下沥青路面路基土长期受力状态,测试加载104次粉性路基土在3种含水量、2种压实度和3种偏应力条件下的永久塑性应变曲线,量化其对路基永久变形的影响程度。大量调研和试验数据拟合分析表明Tseng-Lytton本构模型可预估粉性路基土累计永久应变。利用上述试验结果进一步回归给出了该本构模型中参数与粉性土基本指标含水量和回弹模量的计算公式,从而得到粉性路基土的永久应变预估模型,该本构模型可用于柔性基层沥青路面车辙分析。     

循环荷载作用下超固结软黏土的累积变形研究

交通荷载作用下，公路和机场跑道产生较大沉降，会降低工程设施服务性能，增加危险性与维护费用。为避免土体在循环荷载作用下产生较大工后沉降，一般对软土地基进行预压处理，使其成为超固结土，可以大大降低其累积变形。针对上海第3层原状土，采用不同超固结处理后进行不排水循环三轴试验，以研究正常固结土与超固结土在不同循环应力比作用下累积应变，并给出了相关的预测模型。结果表明，超固结作用可以大大降低土体在循环荷载作用下的累积应变。     

重复荷载作用下高液限粘土路基永久变形特性分析

重复荷载作用下高液限粘土路基的永久变形对道路正常运行有较大影响。结合FALC3D软件,建立高液限粘土（路堤）及其水泥改良土（路床）的路基弹塑性本构模型,分析路基在不连续半正弦波荷载下产生的动力响应。分析结果表明：在重复荷载作用下土体的永久变形逐渐累积,随着加载次数增加,初始屈服面不断增大,最后趋近于最大加载面;在重复荷载作用下,土体变形在荷载作用初期变形较大,随着荷载重复次数的增加,变形速率逐渐减小;水泥改良后的高液限粘土路床具有抵抗变形能力。该研究对于高液限粘土地区的高速公路建设具有重要的理论意义和实际价值。     

交通荷载作用下软土地基累积塑性变形分析

针对交通荷载作用下软土地基的变形问题,采用累积应变的经验公式计算其累积沉降。首先通过确定车辆荷载引起的动偏应力和土层的力学指标计算出静力破坏偏应力,然后通过考虑土物理力学性质、循环荷载次数的累积变形公式计算软土地基中各土层在车辆荷载作用下引起的残余累积应变,最后用分层总和法计算总沉降。采用该方法对交通荷载作用下上海地区典型软土地基的累积沉降进行了实例分析。     

基于Bodner-Partom模型的水泥乳化沥青混合料黏弹塑压实特性

为揭示水泥乳化沥青混合料压实过程中的黏弹塑性变形特性及其变形机理，结合现场路面压路机的施工工艺参数，采用万能试验机压缩试验模拟该混合料的压实过程。针对试验循环荷载力学响应曲线变形特征，引入有效平均应力构建混合料压实变形的Bodner-Partom本构模型。通过对应变-时间的非线性拟合识别出该混合料的B-P模型参数值，进而揭示压实过程中混合料的黏弹塑性动态流变特性及变形机理。试验结果表明：压缩试验可充分反映混合料压实过程中的力学响应变形特性；随着循环荷载次数的增加，混合料塑性和黏塑性变形减小而弹性和黏弹性变形增大。据混合料复压阶段的黏塑性变形规律导出试样空隙率的计算式，进而获得有效平均应力随试样空隙率的变化规律。B-P本构模型分析结果表明：黏性参数η随荷载作用次数的增加而逐渐增大，说明混合料在压实过程中黏性增强；应变率敏感系数n₁基本保持不变，表明压实过程中混合料温度相对稳定；参数值Z，D₀随荷载作用次数的增加分别呈递增、递减的规律，前者显示随着混合料被进一步压实其非弹性变形抵抗力增大，进而导致塑性和黏塑性应变逐渐减小，后者显示塑性应变率减小，表明单次循环荷载下塑性变形占总变形量的比例逐渐减小。B-P模型参数值可准确表征水泥乳化沥青混合料与时间和荷载相关的黏弹塑性流变特性，重构后的B-P本构模型可有效揭示混合料压实过程中的黏弹塑性变形机理，可为深入研究其压实流变性能和路面压实工艺奠定基础。     

Further study on the wheel–rail impact response induced by a single wheel flat: the coupling effect of strain rate and thermal stress

A comprehensive dynamic finite-element simulation method was proposed to study the wheel–rail impact response induced by a single wheel flat based on a 3-D rolling contact model, where the influences of the structural inertia, strain rate effect of wheel–rail materials and thermal stress due to the wheel–rail sliding friction were considered. Four different initial conditions (i.e. pure mechanical loading plus rate-independent, pure mechanical loading plus rate-dependent, thermo-mechanical loading plus rate-independent, and thermo-mechanical loading plus rate-dependent) were involved into explore the corresponding impact responses in term of the vertical impact force, von-Mises equivalent stress, equivalent plastic strain and shear stress. Influences of train speed, flat length and axle load on the flat-induced wheel–rail impact response were discussed, respectively. The results indicate that the maximum thermal stresses are occurred on the tread of the wheel and on the top surface of the middle rail; the strain rate hardening effect contributes to elevate the von-Mises equivalent stress and restrain the plastic deformation; and the initial thermal stress due to the sliding friction will aggravate the plastic deformation of wheel and rail. Besides, the wheel–rail impact responses (i.e. impact force, von-Mises equivalent stress, equivalent plastic strain, and XY shear stress) induced by a flat are sensitive to the train speed, flat length and axle load.