冻融循环条件下延迟时间对水泥改良低液限粉土动力特性影响试验研究

模拟路基真实的冻融循环过程,设计冻融试验,制作冻融试验箱,进行改良土试样的冻融循环试验。通过动三轴试验,研究在冻融条件下,延迟时间对水泥改良低液限粉土的动强度、动弹性模量、动变形以及超孔隙水压力的影响。结果表明:在相同的冻融次数下,动强度和破坏循环次数随着延迟时间的增加而降低;在相同的冻融次数及一定动荷载幅值作用下,屈服应变则随着延迟时间的增加而增加;延迟时间短的试样,动弹性模量值较大,但随应变的衰减较平缓,且趋于一个稳定值;不同延迟时间试样达到相同应变幅值时所增长的孔压值不同,延迟时间越长,孔压越大;当轴向应变幅值大于10-3后,产生累积孔隙水压力。     

冻融作用下石灰土填料的力学特性研究

通过冻融循环后石灰改良土的力学试验,研究冻融对石灰改良土力学特性影响的规律。研究结果表明,封闭条件下,首次冻结和融化作用明显影响石灰土的力学特性,经历多次冻融后其力学特性逐渐趋于稳定;随着冻融次数的增加,石灰土的静强度、弹性模量和临界动应力逐渐衰减,经历6次冻融后基本保持稳定,建议工程应用中可采用6次冻融后的力学指标作为设计值;石灰土的临界动应力随围压的增加而增大,石灰土的临界动应力较素土提高约1.5倍;石灰土样的动应力应变关系近似双曲线,同一动应力水平下,动应变随冻融次数的增加而增大。     

干湿循环作用下不同密实状态粉土压缩特性试验研究

以江苏省新沂地区粉土为研究对象，对经过不同干湿循环次数(N_wd)的粉土试样开展侧限压缩试验，研究干湿循环作用对不同密实状态粉土压缩特性的影响。结果表明：不同密实状态下粉土孔隙比总体上随着干湿循环次数的增加而减小，压实系数越高，粉土压缩指数随干湿循环次数的线性增加规律越明显；长期干湿循环作用(N_wd≥3)对粉土侧限压缩应变影响较大，粉土压实系数越高，其侧限应变出现峰值时的干湿循环次数越多；低压实系数下粉土在压力100～200 kPa时的压缩模量总体变化规律与割线模量一致，出现了较大的波动性，波动数据点位于两个指数函数包围的区域内；随着压实系数的增加，粉土的压缩模量及割线模量波动性减弱，均与干湿循环次数间呈指数函数关系。     

蒙辽客运专线粉砂地基固结压缩特性的三轴试验研究

依托新建通辽至京沈高铁新民北站铁路路基工程,对细颗粒含量分别为10%、15%、30%和40%的中密状态粉砂开展一系列室内固结不排水三轴试验研究,通过试验研究不同细颗粒含量粉砂在不同围压条件下的应力-应变关系、孔隙水压力的涨消发展模型及初始剪切模量的发展规律,揭示细颗粒含量和围压对中密状态粉砂应力-应变关系、孔压演化特性及初始剪切模量的影响规律。结果表明:空间应力状态下的不同细颗粒含量中密粉砂的应力-应变关系曲线以硬化型为主,符合增长型双曲线模式,且随着围压的增加,应力-应变关系曲线呈现强硬化状态,随着细颗粒含量的增加,应力-应变关系曲线呈现弱硬化状态。孔隙水压力的变化表现为随剪切的发展先经过一段上升过程,达到峰值后又开始下降,且随着细颗粒含量的增加,围压的增大,孔压的峰值越高,孔压消散速度降低,剪切完成后的残余孔压越大。初始剪切模量与围压呈正相关,即随着围压的增大而增大。同时,运用ABAQUS有限元程序建立计算机模型模拟试验,进一步验证上述分析结果的真实性与可靠性。     

基于大型动三轴试验和神经网络的粗粒土临界动应力研究

为研究基床粗粒土填料的累积塑性变形特性、动力稳定性和临界动应力，开展不同围压、动应力和含水量的系列大型动三轴试验。结果表明：粗粒土的累积塑性应变ε_p随动荷载振动次数N的关系曲线可分为破坏型、稳定型和临界型。建立分析ε_p-N曲线类型与土体围压、含水量及动应力相关性的灰色关联模型，结果表明曲线类型受围压、动应力及含水量的影响显著，且三者对决定粗粒土的动力稳定状态具有同等重要作用。构建预测粗粒土临界动应力的BP神经网络模型，分析表明粗粒土的临界动应力随围压增加而近似线性增大，随含水量的增加而非线性减小；综合试验和模型分析结果，提出考虑围压和含水量影响效应的粗粒土临界动应力经验公式。     

关中地区重塑黄土强度特性三轴试验研究

利用应变控制式真三轴仪对陕西关中地区非饱和重塑黄土进行了固结排水常规三轴剪切试验,研究压实系数和含水率对重塑黄土强度变形特性的影响。研究结果表明:重塑黄土的抗剪强度随着压实系数和围压的增大而增强,应力应变曲线从弱硬化型向强硬化型转变并向应变软化型发展;抗剪强度随含水率的升高而降低,应力应变曲线以应变硬化型为主;压剪破坏形态呈剪胀性,压实系数和含水率越高,剪胀性越明显;压实系数对黏聚力和内摩擦角影响较大,对黏聚力影响尤为明显;含水率对黏聚力影响明显,对内摩擦角影响不大。     

冻融作用下纤维土抗剪强度影响因素试验研究

为研究冻融循环作用对纤维土抗剪强度的影响,以东北季冻区的某工程黏土为研究对象,通过正交试验,分析纤维掺量、纤维长度、冻融循环次数3个因素对聚丙烯纤维土抗剪强度的影响规律,经过综合分析得到纤维长度为9 mm,纤维掺量为3‰的最佳组合方案;通过对比试验得出冻融作用下纤维土抗剪强度指标的变化规律。研究结果表明:纤维土黏聚力较素土有一定的提升,且提升效果随冻融次数的增加更显著;内摩擦角随冻融次数的增加出现先增大后减小的现象。     

湿化作用下重载铁路改良膨胀土动力响应与累积变形试验研究

以蒙华重载铁路改良膨胀土路基试验段为依托，针对水泥改良土路堤、石灰改良土路堑两种形式路基开展不同轴重、不同干湿状态下现场激振试验，分析动应力、动加速度分布特征及振动累积变形发展规律；通过室内动三轴开展素膨胀土、水泥改良土、石灰改良土分别在4个不同含水率和4种不同应力水平下动力湿化变形试验，研究湿化幅度、动应力幅值对膨胀土及改良土累积应变特性的影响规律。研究结果表明，动应力和动加速在基床底部衰减率可达80%,且路基刚度越大，动应力、加速度沿路基深度衰减越快；同一深度下动力响应浸水状态大于干燥状态，且轴重越大，影响更为显著，湿化作用显著削弱路基对动应力与动加速度的衰减能力，水泥改良土抗浸水能力相对石灰改良土更强；路基面累积变形在浸水后随轴重和振动次数增加而增加，且在相同振次情况下，素膨胀土及其改良土累积应变均在湿化幅度超过2%后急剧增加，且动应力越大，应变增长速率越快，改良土累积变形速度仅为素膨胀土的1/8～1/5,石灰与水泥改良后均可有效抑制膨胀土的湿化变形；基于动三轴试验数据，建立累积应变的预估模型，得出素膨胀土及改良土模型参数与湿化幅度之间的经验关系。     

CRTSⅡ型无砟轨道CA砂浆变形及力学特性动三轴试验研究

CA砂浆是板式无砟轨道的关键组成部分,起弹性垫层的作用。为研究CRTSⅡ型CA砂浆在围压和荷载幅值耦合作用下的变形及疲劳后力学特性,采用GDS三轴仪在5种荷载幅值(0.3,0.35,0.4,0.45,0.5 kN)和4种围压(0,200,400,600 kPa)作用下进行室内动三轴试验,得到累积应变及疲劳后峰值强度的变化规律,并对影响疲劳后峰值强度的荷载幅值和围压进行二元线性回归分析。结果表明:疲劳后的峰值强度随荷载幅值的增加而线性降低,随围压的增加而线性增加;围压增大,荷载幅值对峰值强度的影响减弱,荷载幅值增大,围压对峰值强度的影响作用增强;荷载幅值和围压二元线性回归分析的相关系数为0.973;同一围压下,累积应变随循环次数增加而增加,增长速度渐渐变缓;同一循环次数下,累积应变随荷载幅值的增加而增加,且随着围压增大,荷载幅值对累积应变的影响减弱。     

不同温降速率下岩石冻融特征研究

研究目的:川藏铁路横穿青藏高原东南缘地形急变带,是迄今为止人类历史上最具挑战性的铁路建设工程之一,在高纬度、高海拔等气候恶劣的地质环境条件下,极端的气温变化极易诱发路基和边坡变形。本文通过开展3种温降速率下干燥与饱水岩石的冻融循环应变试验,研究不同温降速率下岩石的变形特征,分析单次与多次冻融周期的应变-时间曲线、干燥与饱水岩石冻融应变的对比特征以及饱水岩石的冻胀机理。研究结论:(1)干燥岩石在冻融过程中,温降速率越快,在冷缩阶段和热胀阶段微应变变化得越快,3种温降速率下的残余微应变曲线基本一致,随着冻融循环次数的增加呈线性上升趋势,冷缩变形与热胀变形也随着冻融循环次数的增加而增大;(2)饱水岩石在冻融过程中,温降速率越快,残余微应变越大,微应变曲线上升越明显,冻胀幅度与融缩幅度也相应越大,且两者随冻融次数增加的变化规律大致相同;(3)通过干燥与饱水岩石冻融应变特征的对比分析可知,温降速率是影响孔隙中水冰相变的一个重要因素,结合对不同温降速率下饱水岩石冻胀机理的分析,归结出与试验结果相吻合的变形规律;(4)本研究结果可为寒区铁路工程中岩体变形规律的认知提供参考。     

重载铁路路基低液限粉土的动力特性

针对朔黄重载铁路路基不同饱和度的低液限粉土填料,开展了不同围压、不同动应力幅值的动三轴试验。分析了围压、饱和度、固结比等因素对低液限粉土动力特性的影响。结果表明:低液限粉土填料的动剪应力随围压的增大近似线性增大,随饱和度的增大而降低;抗剪强度随饱和度的降低而增大;破坏振动次数越大,对应的液化应力比越小;饱和试样的液化应力比随围压增加而增加,非饱和试样则反之;动弹性模量随围压和固结比的增大而增大,但饱和度对于动弹性模量的影响规律不明显。研究结果可供重载铁路路基动力特性评价和加固设计参考。     

冻融循环作用下水泥改良土的力学性质研究

针对季节性冻土区的特殊环境,对冻融循环后的水泥改良土进行系列动静试验,研究土体的物理性状、力学特性与冻融次数、冷冻温度的关系。结果表明,反复冻融作用改变了土体的性状,这一改变过程是使土体内部结构从不稳定态向动态稳定平衡状态发展的过程;其应力—应变关系呈应变软化型,表现为脆性破坏,存在明显的剪切面;动荷载作用下,水泥改良土试样存在一临界状态,其破坏过程分为3个阶段:微裂纹出现、裂纹扩展和整体错动;经历3次冻融作用后,其临界动应力随冻融次数下降趋势变缓;动应力和冻融作用对水泥改良土的回弹应变影响显著;回弹模量存在一临界值,其值随冷冻温度的降低而降低。     

粉质黏土强度特性应变速率效应的试验研究

应变速率是影响土体强度特性的主要因素之一。通过粉质黏土在不同应变速率和围压下的三轴试验,分析应变速率对应力-应变关系的影响机理。结果表明:应变速率效应受到土骨架黏滞性、固结和孔隙压力的综合影响,各因素对围压和应变速率的响应不同。高围压和低应变速率有利于固结,低围压和高应变速率会增大黏滞性作用比例,高围压和高应变速率会增强孔隙压力影响。峰值强度在高围压下随应变速率的增大先减小、后增大、再减小,在低围压下则先减小、后增大,应变速率临界值随围压的增加而增大,应变速率敏感程度随围压的增大而降低。弹性模量在低围压下随应变速率单调增大,在高围压下先减小、后增大。可以分别采用线性函数和二次多项式描述应变速率对土体力学和变形参数的影响规律。     

基于离散单元法的道砟循环加载双轴试验研究

为从微观上分析列车循环荷载作用下道砟强度和刚度变化以及塑性变形的发展,用离散单元法模拟其在一次及二次加载条件下的双轴试验,分析2种情况在不同围压下道砟的力学特性并进行比较。结果表明:(1)第一次加载完成后,偏应力-轴向应变曲线表现为弱应变软化型或应变硬化型,其形态主要取决于围压高低;体应变-轴向应变曲线包括剪缩和剪胀2个阶段,剪缩阶段比较短。(2)第二次加载完成后,不同围压的偏应力-轴向应变曲线均为硬化型,道砟整体强度和刚度减小,塑性变形发展迅速;试验过程中,道砟颗粒一直处于剪胀状态。     

膨胀土与结构物接触面的力学特性试验研究

桩周土的性质是影响桩侧摩阻力最直接的决定因素。膨胀土具有吸水软化的特性,膨胀土中桩侧摩阻力的发挥受膨胀土性质的影响很大。通过改进的直剪仪,对12种不同含水量、不同干密度的膨胀土与混凝土块接触面进行直剪试验,研究膨胀土性质对接触面特性的影响。结果表明:膨胀土与混凝土块接触面的剪切曲线均呈加工软化型,其峰值剪应力、残余剪应力符合Mohr-Coulomb准则,因此可将膨胀土与结构物接触面的剪切曲线简化为三折线曲线;接触面切向刚度系数不随垂直压力而变化,但与膨胀土的性质有关,随干密度的增加而增大,随含水量的增加而减小;接触面的强度指标也随干密度的增加而增大,随含水量的增加而降低。     

风积沙填筑铁路路基累积塑性变形及临界动应力试验研究

目前用于铁路基床的填料大多数为级配优良的填料,而对风积沙作为路基填料在列车荷载作用下的累积塑性变形特性和临界动应力研究不多,但风积沙作为路基填料已在沙漠铁路建设中得到运用。为探究列车荷载作用下风积沙填料填筑铁路路基的累积塑性变形演变特性及临界动应力,考虑围压、动应力幅值、压实系数和含水率等因素的影响,开展一系列动三轴试验。试验结果表明：风积沙累积塑性应变随压实系数、围压的增大而减小,随动应力幅值的增大而增大。以最优含水率为分界点,低于最优含水率时,风积沙累积塑性应变随含水率的增加而减小;高于最优含水率时,风积沙累积塑性应变随含水率的增加而增大。风积沙试样的累积塑性应变曲线可分为：稳定型、临界型和破坏型。根据对累积塑性应变曲线的分类,获得了不同条件下风积沙填料的临界动应力。风积沙临界动应力随围压和压实系数的增大而增大,饱和含水率下风积沙填料的临界动应力明显小于天然含水率和最优含水率下风积沙填料的临界动应力。临界动应力和围压具有较好的线性关系。构建了可考虑围压和含水率影响的风积沙临界动应力经验公式,通过临界动应力公式确定了不同工况下风积沙作为路基填料的适用范围。试验结果可为沙漠铁路的设计、...     

冻融环境钢筋混凝土梁抗弯承载力研究

为更好地研究冻融环境下混凝土结构承载性能退化规律,采用与大气环境冻融作用方式相同的气冻气融试验方法,对足尺150mm×300mm×2 700mm钢筋混凝土梁冻融后的承载性能进行系统研究,建立冻融后整体承载力计算模型及考虑损伤层的分层承载力计算模型。研究结果表明:气冻气融作用后试验梁正截面应变仍符合平截面假定;其正截面抗弯承载力随着冻融次数的增加而降低,且下降速度随冻融次数的增大而增大;梁的跨中挠度随冻融次数的增加逐渐降低,且两者之间呈明显的线性响应关系;与试验结果及规范计算模型对比,整体承载力计算模型及分层承载力计算模型均具有合理的适用性,且分层计算模型更能充分发挥截面在不同状态下的承载能力。基于承载力计算模型对某实际工程中的混凝土结构进行冻融环境下耐久性寿命预测,并与其他预测方法进行比较,表明计算模型的工程适用性。     

冻融循环作用对黄土力学性质损伤的试验研究

通过对陕西杨凌Q₃黄土进行不同初始含水量、不同低温温度及不同冻融循环次数条件下的静三轴剪切试验,揭示不同初始含水率、不同低温温度及不同冻融循环次数对黄土力学性质影响的过程与机理,基于极限平衡法建立冻融循环作用下强度参数的损伤模型。研究结果表明:黄土强度参数随冻融循环产生劣化,黄土的黏聚力c开始时冻融循环劣化效应强烈,在经过5⁷次冻融循环后,黏聚力达到一个稳定值,当含水量很高时黏聚力下降不明显,内摩擦角φ随冻融循环次数无明显变化;建立的强度参数值随冻融循环次数增加的损伤模型能够很好地反映冻融循环作用下黄土抗剪强度的折减劣化规律,该损伤模型对冻融损伤作用下黄土地区的工程设计与施工具有指导和借鉴意义。     

压实黏性土剪切破坏参数探讨

压实黏性土是静水压力和应变率相关性材料,其强度与土体的实际应力状态有关.通过静水压力试验和常规三轴压缩试验,通过不同压实度和含水率下压实黏性土的应力一应变曲线,得到了剪切破坏面函数、剪切运动硬化和基于能量损伤软化函数.通过对试验数据的拟合分析,对黏性土剪切运动硬化参数和剪切破坏面参数进行了探讨,验证了在地基处理中,黏性土在低围压条件下表现出软化,而在高围压条件下表现出硬化的现象,可以采取强夯法与振冲法相结合对黏性土地基进行处理.     

双轴压缩条件下碎石集料静力剪切特性研究

基于离散单元法,利用PFC2D内置Fish语言编制碎石集料双轴实验条件,结合计算机语言与PFC2D中Clump命令编制将球形单元转化为随机多边形块体单元的程序。通过对比室内大型三轴试验对数值模型进行参数标定与验证,在此基础上分析3种典型粒径碎石集料的应力-应变特性以及抗剪强度特性。结果表明,围压对集料的应力-应变特性影响明显。对于不同粒径的碎石集料而言,随着围压的增加,偏应力峰值增加而应力比减小;在本文选定的围压范围内碎石集料均呈现出先压缩最终剪胀的特性,围压越大,压缩量大,最终的剪胀越不明显;碎石集料的强度包络线为非线性,相同围压条件下的抗剪强度随着粒径的增大而增加;表征摩擦角随围压的增加而减小,相同围压下,粒径越大,表征摩擦角也越大。