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。     

动三轴CT条件下粗粒土填料的力学特性与细观力学性能分析

在多重环境因素长期作用下,粗粒土路基填料的动力特性会发生改变,目前对不同荷载频率、压实度及含水率下粗粒土填料的长期稳定性能尚缺乏统一认识。为了研究以上因素作用下粗粒土填料长期动力特性,采用大型动静三轴仪器开展粗粒土填料的三轴试验,同时运用工业CT对三轴试验前后2个阶段的试样进行断层扫描,分析不同荷载频率、压实度及含水率对粗粒土填料动力特征与损伤演化的影响规律。研究结果表明：循环荷载达到1 000次之前,为粗粒土填料颗粒之间的挤密阶段,以颗粒间的挤密压缩为主,横向膨胀为辅,颗粒间压缩挤密引起的密度增加量远大于试样横向膨胀变形引起的密度减小量;当循环荷载增加到1 000次以后,试样横向变形引起的密度减小量迅速增大,而由颗粒间压缩挤密引起的密度增加量减缓,并在之后阶段表现出稳定状态,试样从应变软化型向应变硬化型转变;荷载频率越高,试样表现出的回弹模量越大;高频率作用下应力-应变滞回圈曲线近似为线性,试样在高频率下其泊松比有所下降,材料的动能损耗降低;随着三轴试验的进行,横剖面局部颗粒受挤压程度增加,最终状态下扫描层内的CT值存在差异性,试样颗粒在循环荷载作用下存在挤密、错动、融合的现象。     

离散元法的沥青路面车-路动力学响应分析

为了分析车辆荷载作用下沥青路面结构的细观状态力学响应，建立了二自由度1/4车辆模型与多层路基路面耦合离散元模型，通过各结构层单轴压缩应力-应变试验与相同工况试验数据比较，经迭代运算得到路面离散元模型各结构层细观参数，应用试验得到的沥青路面细观参数建立多层路基路面模型，在离散元模型的上表面设定一定不平度，在一定速度作用下，1/4车辆模型在路基路面离散元模型上表面匀速移动，从而求解车辆动荷载作用下沥青路面各结构位移、应力等细观受力状态。进而改变1/4车辆模型的车体悬架刚度、悬架阻尼系数、轮胎刚度，轮胎阻尼系数，从而获得在改变车辆参数作用下沥青路面内部的应力变化规律。研究结果表明：基于离散元理论不但可以求得沥青路面在车-路相互作用下各层的应力与变形，而且还可以求得沥青路面各结构层颗粒流的变化趋势，在车辆移动荷载作用下，随着路基路面深度增加，各结构层颗粒流竖直方向动态位移与应力响应依次减少，其中上基层颗粒流动位移比上面层颗粒流动位移减少25%，下面层颗粒流竖向应力约为上面层颗粒流竖向应力的50%，水平方向上颗粒流既有压应力又有拉应力，变化比较复杂，上面层颗粒流水平方向主要承受压应力，其余结构层主要承受拉应力；增加轮胎与悬架刚度系数对模型颗粒流水平方向拉应力影响较大，增加轮胎与悬架阻尼系数对垂直方向颗粒流压应力与水平方向拉应力影响较小。     

位移幅值对砾石-格栅界面循环剪切特性的影响

由于加筋土结构经常受到动荷载的作用，因此筋土界面的动力剪切性能也越来越受到重视；但目前筋土界面的动力剪切试验往往循环次数很少，一般只有10多次，不能充分反映筋土界面的动力相互作用。采用大型动态直剪仪，在剪切位移幅值分别为1、2、4、6 mm时，对砾石-格栅界面进行了2 000次水平循环直剪试验，分析了剪切位移幅值对筋土界面剪切应力、竖向位移以及颗粒破碎的影响，揭示了筋土界面相互作用的机理。结果表明：在循环剪切过程中，界面平均峰值剪切应力先增加后减小；剪切位移幅值越大，达到界面峰值强度所需的循环次数越少，而达到界面残余强度所需的循环次数越多，较大的剪切位移幅值会使得砾石-格栅界面的剪切应力衰减现象更显著；随着剪切位移幅值的增大，试样最终剪缩量增大，但试样最终剪缩量增量逐渐减小；随着剪切位移幅值增大，界面剪切刚度逐渐减小，界面阻尼比却逐渐增大；通过对循环剪切试验后的砾石颗粒各粒组含量进行分析，发现剪切位移幅值越大，颗粒的相对破碎率也越大，相对颗粒破碎率与剪切位移幅值呈较好的对数关系，并与试验结果吻合较好。     

主应力轴旋转条件下饱和粉质黏土应变特性及非共轴性的试验研究

为了研究主应力轴旋转条件下饱和粉质黏土应变特性及非共轴性的差异,采用HCA静动态空心圆柱扭剪仪对饱和粉质黏土在主应力轴纯旋转路径上展开了试验。在平均主应力固定的情况下,分析了中主应力系数和偏应力对试样应力应变变化特征以及应力应变的非共轴特性的影响。试验结果表明:随着偏应力的增大,各向应变速率迅速上升,累积塑性应变值也不断增大,饱和粉质黏土土样的轴向、环向、剪切应变也具有明显的周期性;由于非共轴角的存在,变形具有一定的滞后性,径向应变周期性不是很明显,但是随着偏应力的增大,径向应变由拉伸特性逐渐过渡到压碎特性;不同中主应力系数下试样的轴向、环向剪切应变对对减小,但是中主应力系数的变化,会使得平行于径向应变方向的第2主应力值变化幅度较大,使得径向变形变化值较大;非共轴角随主应力轴旋转角的增长呈现出随机波动点变化的趋势,在主应力轴旋转角变化的初期阶段,非共轴角由0°逐渐增大,主应力轴旋转角在0°～90°的范围内,非共轴角相邻点的变化波动较小,增加趋势接近线性变化;当主应力轴旋转角增大到90°后,各个相邻的非共轴角的散点波动性增强,即随着偏应力的增大,相同主应力轴旋转角对应的非共轴角逐渐缩小。     

不同荷载形式下的路基粗粒土填料稳定性分析

采用传统三轴试验法和PFD~(3D)软件构建路基粗粒土填料模型分析了不同静载荷作用和循环荷载作用下的路基粗粒土填料各项力学性能。研究结果表明:静荷载和循环荷载作用下,路基粗粒土的体积应变均会发生体缩变形向体胀的转变。静荷载作用下,随着偏应变的增大,不同围压下的粗粒土应力比呈现出一个先增加后保持不变的趋势,围压较高路基土填料体积应变和应力比最大处对应的偏应变较大;循环荷载下,路基粗粒土应力比随着时间步数的增加在极短的时间内达到最高峰值,随后围绕平衡位置上下波动;偏应变在荷载加载阶段呈线性增大,在荷载卸载阶段呈线性减小,不可逆变形值接近于0. 013,表明路基填料具备了较大抗变形能力。     

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。     

循环荷载下压实粉土的回弹模量试验研究

通过动三轴试验,分析了循环加载的偏应力幅值、试样的含水量和压实度对路基粉土的动态回弹模量影响规律,并以动偏应力和土体的物理状态参量建立了压实粉土的回弹模量预估方程。研究表明,压实粉土的回弹模量随动偏应力增加逐渐降低,对于变形强化试样存在一个"临界回弹模量",但对于破坏试样回弹模量则一直减小;压实粉土的回弹模量随含水量增加而降低,且当压实度越低、含水量越接近于饱和、而动应力水平又越高时,降低速率越快;粉土的回弹模量随压实度提高而增大。依据试验回归得到的压实粉土回弹模量预估模型,与试验结果相比拟合效果较好,可为路基模量设计值的取用与路面结构力学响应的计算提供依据。     

循环荷载下微波照射玄武岩的损伤变形与能量特征

为研究微波处理对循环加卸载条件下岩石的损伤变形及能量特征的影响，分别对未进行微波处理和微波处理后的玄武岩试样进行单轴压缩试验和循环加卸载试验(循环4次，应力上限分别为相应单轴压缩峰值强度的4个等分点)，分析微波作用对循环荷载下玄武岩应力-应变曲线、强度、变形、损伤和能量特性的影响。结果表明： 1) 微波照射后试样的强度、峰值变形与微波照射时间呈负相关关系； 2) 由于微波的作用，加载的损伤随着循环次数增加呈现先减小、后增大的趋势，其中最后一次循环对试样造成的损伤最大，且微波照射时间越长，每次循环的应力上限越低，其损伤变量越小； 3) 微波照射后，每个循环过程中耗散的能量和外力功均随照射时间的增加呈递减趋势，试样破坏需要的能量随微波照射时间的增加而减小，微波照射降低了试样破坏的能量门槛。     

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。     

FWD荷载作用下刚性路面弯沉的动力响应分析

对于Kelvin地基上的混凝土板,利用有限元软件ANSYS,建立了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下刚性路面的瞬态动力分析模型.通过改变地基阻尼系数和混凝土面板材料阻尼系数,研究路表弯沉的动力响应特征.探计了在不同的荷载频率作用下,路面弯沉峰值的变化规律,得出了刚性路面结构的临界频率.结果表明,阻尼系数越大,弯沉的峰值越小,而且路面阻尼较路基阻尼对弯沉峰值延迟效应更为明显;当加载频率高于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐减小;当加载频率低于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐增大,最后趋近于静力荷载作用下的弯沉值.     

颗粒长短轴比对饱和砂土液化影响的离散元分析

运用基于离散元方法的颗粒流软件（PFC）进行了不同长短轴比颗粒组成的饱和砂土试样在不排水条件下的循环剪切试验模拟,研究了颗粒长短轴比对砂土液化的影响。结果表明:颗粒长短轴比通过影响砂土试样的接触数量,进而影响砂土的抗液化强度与液化前后应变幅值,并且这种影响具有区间效应,长短轴比值为1.6时颗粒接触数量最大,抗液化强度最高,剪应变幅值最小。     

行车荷载下不同沥青路面结构动力响应测试分析

为研究行车荷载下不同沥青路面结构的动力响应,验证、完善我国沥青路面设计方法,在两种倒装式和传统半刚性基层沥青路面结构内部埋设沥青应变计、土压力计和垂直大变形应变计等传感元件,以单后轴货车为行车荷载,现场开展了不同轴重、不同行车速度及制动工况下3种路面结构的动力响应测试。以沥青层层底纵向应变与横向应变、路基顶面土压力和过渡层底部竖向压应力与竖向位移为评价指标,分析了不同沥青路面结构的动力响应规律。结果表明:随行车速度增加,各路面结构沥青层层底应变、过渡层竖向压应力与竖向位移均明显减小;从拉应变循环幅值看,半刚性基层结构随车速的变化更敏感;相同轴重和车速下半刚性基层结构路基顶面的压应力远小于倒装式结构,半刚性基层结构荷载扩散能力更优;相同车速下,3种路面结构沥青层层底纵向应变循环幅值和路基顶土压力均随轴重增加而增大,且半刚性基层结构的增幅相对更大,即半刚性基层结构对荷载更敏感,倒装式结构对荷载适应性更强;车辆制动会引起沥青层层底残余应变、纵(横)向应变与应变循环幅值大幅增加,频繁制动易引起路面车辙变形和加速路面沥青层疲劳破坏。     

冻融循环作用下黄泛区饱和含盐粉土动力性能及细观损伤演化规律

山东省黄泛区地处季节性冻土区，当地大量采用含盐粉土修筑公路路基，冻融循环作用后路基土动力性能受损，在车辆荷载作用下会发生路基翻浆病害。为研究冻融作用、盐分含量对饱和路基粉土动力性能及细观结构特征的影响，针对不同含盐量粉土开展有侧限封闭冻融试验，采用振动三轴试验测试多次冻融作用后解冻状态土样的骨架曲线、动模量和动阻尼比，同时采用核磁共振技术测试经历多次冻融循环后解冻状态饱和土样的横向驰豫时间T₂谱曲线。研究结果表明：冻融作用后动应力幅值与动应变幅值之间符合修正的Hardin-Drnevich模型，当冻融6次后骨架曲线趋于稳定；初始动模量损伤度随冻融循环次数呈双曲线型增大，氯化盐含量小于12%时，随含盐量增加初始动模量损伤度呈线性增大；阻尼比随动应变幅值增大增加明显，随盐分含量、冻融次数增加而增大；随冻融次数增多，T₂谱曲线主峰信号强度幅值减小，同时会产生横向驰豫时间长的波峰；T₂级配曲线趋于连续光滑，形态趋于相似，不均匀系数和曲率系数趋于稳定；无盐粉土T₂级配曲线的不均匀系数逐渐减小，并约稳定于5.6，曲率系数先减小后增大，并约稳定于0.986；当经历冻融6次后，随含盐量增加，T₂级配曲线不均匀系数先增大后减小，曲率系数先减小后增大。     

软胶结模型参数对黄土应力-应变特性的影响

采用颗粒流方法开展三轴压缩的离散元分析,研究软胶结接触模型在模拟黄土时其细观参数对力学特性的影响;依次改变需考察的参数取值,分组进行三轴压缩.结果表明:在模拟低含水率、结构性强的软化型黄土时有较好契合度;摩擦系数、胶结强度对应力-应变曲线软化类型及偏应力峰值影响较大,法向与切向刚度比,胶结抗拉强度等不改变软化类型,只影...     

钢网面板加筋土挡墙动力特性试验的变形研究

基于泥质红砂岩粗粒土填料，采用MTS分别模拟地震荷载、交通荷载、加-卸载多循环荷载进行大尺寸模型试验，研究了钢网面板土工格栅加筋土挡墙在上述荷载作用下的动力特性，获得了不同峰值的水平地震激励下模型挡墙不同位置的水平动位移、竖向动位移峰值响应等实测值；采用不同频率、不同幅值的竖向交通荷载正交试验法，获得了该模型挡墙在重复荷载作用下的最大水平变形、最大沉降量及位置等动力特性参数值；通过7种荷载、21组加卸载循环试验，获得了加一卸载多循环荷载作用下的实测沉降值。试验结果表明：该加筋结构具有整体变形的特性，是优良的抗震结构，能承受抗震设防烈度为9度的地震荷载；同时该加筋结构具有良好的稳定性和抗破坏性，重复荷载的幅值和振动次数对结构动力变形特性的影响较大，而振动频率对变形特性的影响不显著；多循环荷载作用下该加筋结构能够明显减小不均匀沉降。过长的筋材并不能明显地改善加筋土挡墙的动力特性。     

基于PFC2D的水泥土单轴压缩试验及细观数值模拟

对不同水泥掺量下的软土稳定土试样分别开展单轴压缩试验,基于测试结果对土样的变形过程进行PFC^2D离散元颗粒流细观数值模拟,分析破坏后水泥土的力学行为和位移场分布。结果发现：随着水泥掺量增加,固化软土试样的单轴抗剪强度与弹性模量表现出指数函数上升的规律,破坏应变随水泥掺量增加呈二次函数的变化特征;由PFC^2D离散元颗粒流模拟得到的水泥土试样的力学参数及应力-应变关系曲线与试验实测结果较为接近,离散元模拟结果也显示水泥掺量对土体力学性能有明显影响;随着水泥掺量的增加,固化软土的破坏形式逐渐由压碎破坏向剪切破坏模式过渡;由离散元模拟得到的位移矢量场准确地反映了水泥固化软土在单轴压缩荷载作用下的破坏模式特点。     

粗粒土颗粒接触特性对路基动应力衰减影响研究

粗粒土作为一种典型的不均匀散粒体材料,其力学性质较为复杂,常需要从细观角度研究其宏观力学特性,颗粒细观接触特性可直接反映粗粒土强度及其力学性能,目前对接触特性参数影响的研究多集中于表征其强度特性,对其外荷载作用下的动力响应特性研究较少。基于此,采用颗粒离散单元法,建立粗粒土路基冲击应力加载数值分析模型,研究不同颗粒接触特性参数与动应力衰减规律间的关系,分析颗粒摩擦系数,颗粒间接触刚度对粗粒土动应力衰减的影响。结果表明:随着颗粒摩擦系数的增加,应力衰减的速率也随之增大;颗粒接触刚度越高,其对应力敏感性越强,越不易被压实,其内部应力传递越不均匀,且应力衰减越慢,整体趋势呈指数衰减。通过实际动应力加载试验,验证了数值分析结果的准确性,相同条件下,实际试验结果与数值分析结果相近。     

地铁联络通道人工冻结粉质粘土变形与温度特性试验研究

为研究温度对粉质粘土变形特性的影响,以冻结粉质粘土为研究对象,通过三轴剪切试验,研究了不同温度条件下粉质粘土变形特性.试验结果表明:温度对土体的变形和强度存在显著影响.同一偏应力作用下,温度越低,变形越小.温度与冻结粉质粘土强度大致呈反余切函数关系.冻结粉质粘土应力-应变关系呈硬化型,无峰值强度.未冻粉质粘土应力-应变关系呈软化型,有峰值强度.依据Duncan-Chang模型建模思路建立了以温度为影响因子的冻结粉质粘土本构模型.偏应力和应变呈幂次函数关系.温度则主要通过幂次函数的系数A和B影响冻结粉质粘土的应变.最后,将建立的本构模型导入有限元分析软件MIDAS中,并以沈阳地铁DK11+ 395联络通道处工程为例,对冻结法施工过程中的土体变形进行了数值模拟.数值计算结果与现场监测结果吻合程度较好,验证了所建立本构关系模型的有效性.     

高铁路基粗粒土填料静力特性大型三轴试验研究

选取宁杭高铁德清站路基填料站现场典型粗粒土填料制备试样,在100,150,200,300 kPa围压下开展大型三轴固结排水剪切试验,得到相应的应力-应变和体变特性曲线.试验表明:围压越大,偏应力达到稳定值所需的轴向应变越大,当围压为300 kPa、轴向应变达到15％时,偏应力仍在继续增长.不同围压条件下的试样剪切初期均...