重复加载下路基填土的临界动应力和永久变形初探

本文针对路基填土在列车荷载重复作用下产生永久变形的问题，利用动三轴试验，研究了重复加载条件下，土体的临界动应力和永久应变随加载次数、加载频率和周围压力变化的规律，对高速铁路和重载铁路路基设计有重要的参考价值．     

循环荷载作用下低液限黏土累积变形规律研究

在利用GDS三轴仪对某火车站地段路基低液限黏土进行了一系列的室内动三轴试验,研究其在循环荷载作用下的累积应变发展规律,并探讨了不同动应力幅值和不同围压对累积变形的影响。结果表明:土体累积应变随循环加载次数的增加而增大。在循环加载前期,土体累积应变迅速发展;在循环加载次数接近1000次时,土体累积应变基本不再发生,土体变形基本稳定。此外,基于试验数据选用了累积应变指数模型进行预估,该模型具有良好的预估效果,可以较为准确地预测低液限黏土累积应变。     

滹沱河粉细砂的动力特性试验研究

通过室内动三轴试验研究了重复动荷载作用下滹沱河粉细砂的动力性质,分析了加载周期、动应力大小以及加载频率对动应变、动弹模和动强度的影响,为填砂路基的设计与施工提供了理论依据.     

改良废旧轮胎混合材料动力特性试验研究

为深入研究冻融循环条件下废旧轮胎颗粒材料的改良方法及动力特性,通过室内试验,确定了废旧轮胎颗粒材料的改良配比.利用改良后的废旧轮胎混合材料制备了若干试样进行动三轴试验,获得了不同温度、冻融循环次数和循环加载次数下试样的动应力-动应变关系曲线.试验结果表明:在动应变5％以内,混合材料试样的动应力-动应变关系曲线无明显峰值点,具有显著的应变强硬化特征;在-15～20℃范围内,试样的破坏强度随温度降低而增加,随冻融循环次数和循环加载次数增加而降低,而且两者对常温试样破坏强度影响较小,对冻结试样影响较大.     

熔融石英砂动力特性动三轴试验

为探究振动荷载作用下熔融石英砂液化破坏过程中动变形和动强度变化规律, 促进透明土技术在岩土工程动力特性可视化模型试验中的推广和应用, 对构成透明砂土骨架结构的典型粒径(0.5~1.0 mm)熔融石英砂开展饱和试样动三轴试验; 研究了不同围压、加载频率和动应力比等试验条件下熔融石英砂试样的累积轴向应变、动孔压发展模式、动应力衰减、动弹性模量和阻尼比的变化规律, 并将试验结果与相同级配的标准砂进行了对比。分析结果表明: 熔融石英砂累积轴向应变随动应力比的增大呈现出由稳定型向破坏型转变的趋势, 加载频率为0.5~1.5 Hz时, 临界动应力比为0.150~0.175, 小于标准砂的0.200~0.225;升高围压、增大动应力比、降低加载频率会加快试样塑性应变累积, 缩短液化破坏时间; 熔融石英砂孔压发展模式随围压增大逐渐由Seed孔压模型向指数型过渡, 增大加载动应力会加剧液化破坏后孔压的振动幅度; 相同动应力比下, 熔融石英砂与标准砂的动应力与动应变呈现线性相关, 在围压大于200 kPa时, 二者动应力衰减幅度随围压的增大而逐渐减小; 熔融石英砂的动弹性模量和阻尼比表现为线性关系, 动弹性模量随动应变的增大呈现出双曲线型减小的趋势, 并随围压的增大而增大; 阻尼比随动应变的增加先增大后基本稳定在0.22, 发展曲线受围压影响较小。      

铁路粘土路基动力特性试验研究

通过现场测试和室内试验对压实粘土路基在往复列车荷载作用下的受力行为进行了研究。运用试验结果定量分析了填土路基在往复列车荷载作用下应力-应变反应特性，剖析了路基病害产生的原因，结果表明。路基填土在列车轮对荷载重复作用下产生的累积塑性变形大小与路基上的饱和度密切相关，随着饱和度的增加，土的动强度显著降低。     

循环荷载下压实粉土的动态特性

为了研究交通循环荷载下黄河冲积粉土的动态特性,基于室内应力控制式动三轴试验,并考虑动应力、含水率两个因素的变化,研究了压实粉土的累积塑性变形、回弹模量及临界动应力的变化规律.试验结果表明:循环荷载下压实粉土的累积变形与动应力、含水率的高低均有关,动应力越大,累积变形随含水率增加而增长较快;压实粉土的回弹模量随动应力增加而缓慢降低,随含水率增加线性减小;压实粉土的临界动应力随含水率增加线性降低.     

交通荷载作用下煤矸石路基变形响应特性分析

交通荷载作用下路基变形是道路工程主要研究问题。对煤矸石填料进行动三轴试验,研究了煤矸石填料变形特性与累积振次、动荷载幅值的变化规律,并依据交通荷载动力特性,对交通荷载作用下路基变形响应进行数值模拟。试验和数值模拟结果表明:煤矸石填料变形随累积振次增加而增长,前期增长速度较快,后期增长速度缓慢且变形值逐渐趋于定值;相同振次条件下,变形随动荷载幅值增加而增长;车辆正下方路基沉降位移随路基深度增加而减小,但减小速率逐渐降低,沉降曲线在深度6 m左右出现明显拐点,表明交通荷载影响深度为6 m左右;路基沉降随行车速度增加而增长,这为道路路基设计提供了依据。     

交通荷载作用下软土路基残余变形的研究

通过对单个交通荷载作用下路面结构体系的数值模拟,计算了路基中竖向动应力的变化,并采用室内动三轴试验研究了软土地基在循环荷载作用下累积变形的规律;通过对以上两项研究的结合,建立了交通荷载作用下软土地基残余变形的计算方法,并计算了不同类型的交通荷载引起的软土路基的残余变形量.     

运煤公路黄土路基不均匀永久变形特性

通过室内重复加载三轴试验,测试了24种工况条件下黄土路基永久变形与加载次数之间的关系;采用统计回归的方法对现有路基永久变形预估模型进行参数修正与标定;采用分层分条总和法计算了不同行车荷载及交通条件下的路基永久变形,得到了路基顶面累积竖向永久变形沿道路横向的分布曲线。结果表明:与普通道路相比,运煤公路轻、重车辆分车道行驶引起的路基顶面竖向累积永久变形曲线在道路横断面上的分布形态呈"勺子"形,曲线曲率更大,差异变形更加显著。     

黏土与粉土复合地层及其中地铁隧道的车致长期沉降

为了探明列车荷载对黏土与粉土复合地层及其中地铁隧道的长期影响,以无锡某地铁区段为研究对象,建立了轨道-隧道-地层系统的耦合2.5维数值模型,分析了运行列车诱发地铁隧道下覆黏土及粉土复合地层的动应力响应规律,进而结合循环荷载作用下黏土及粉土的不排水累积变形特征及孔压累积特征,采用分层总和法研究了列车振动荷载长期作用诱发该复合地层及其中地铁隧道的长期沉降量值及发展规律. 研究结果表明:1） 隧道下覆地基土的动偏应力沿深度方向呈先增大后减小的变化趋势,其最大值出现在隧道下覆约1.3 m深度处,可达2.80 kPa;2） 地铁列车运行导致复合地层中隧道结构的沉降主要发生在地铁列车前20万次运行期内,且隧道结构的沉降在此期间发展得较为迅速;3） 复合地层中隧道结构稳定后的车致沉降量值可达13.44 mm,其中由土体不排水累积塑性应变引起的沉降为11.40 mm,占比85%,由累积孔压消散引起的固结沉降为2.04 mm,占比15%;4） 隧道下覆黏土与粉土复合地层长期变形主要发生在隧道下方15 m范围内,该范围内的土体沉降对隧道结构长期沉降量值的贡献占比达90%.      

三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

冲击荷载作用下饱和粉土变形和强度试验

围海造地是解决土地紧张的有效途径,其中对软弱吹填土地基进行有效加固处理是围海造地的关键．结合强夯法加固饱和粉土地基的工程实例,通过MTS动三轴试验研究强夯冲击荷载作用对饱和粉土的变形和强度特性的影响．通过动三轴试验采用不同的围压、冲击次数和冲击能量对饱和吹填粉土进行动力固结,结合静三轴试验对比分析了不同的冲击荷载作用后试样强度的变化特征．结果表明：冲击次数和冲击能量是影响饱和粉土地基加固效果的重要因素,存在一个最佳的夯击方式,在该方式下强夯的效果最好．     

土工袋竖向承载及循环压缩特性试验研究

土工袋技术近年来已被成功应用于房屋地基加固，具有较好的隔震效果，但其在动荷载条件下的变形特性尚未深入研究.为了进一步分析土工袋竖向承载能力及变形特性，开展一系列室内土工袋组合体无侧限极限抗压强度试验以及循环压缩试验，并通过控制循环次数、上部静荷载及循环荷载比值的大小研究其对土工袋组合体竖向应力、应变和动压缩模量的影响.试验结果表明：随着层数的增加，土工袋组合体极限抗压强度逐渐减小并趋于稳定值0.7 MPa，压缩模量峰值也随之减小并稳定于6.73 MPa；循环压缩试验初期土工袋组合体塑性变形显著，每一循环周期产生的竖向残余应变随着循环次数的增加逐渐减小并趋于0；动压缩模量在试验过程中基本保持稳定，不受循环次数的影响；随着上部静荷载的增大，土工袋组合体动压缩模量逐渐增大，上部静荷载为50 kN的土工袋组合体经过200次循环荷载作用后动压缩模量达到53.87 MPa；反之，循环荷载比值越大，动压缩模量越小，循环荷载比值为0.4条件下土工袋组合体在200次循环荷载作用后仍能达到49.39 MPa；在竖向动荷载作用下，土工袋能够满足其作为隔震材料的承载能力及稳定性要求.     

循环荷载下结构性软土变形预测

为探讨天津滨海新区典型软土的循环变形特性,采用不排水循环三轴试验,结合扰动状态概念,在考虑土体结构屈服压力基础上,提出了一种能考虑土体在循环荷载作用下结构逐渐破坏的扰动函数,建立了一种反映土体在循环荷载作用下土体结构破坏的塑性变形经验公式,并通过动三轴试验结果对所提经验公式进行了检验.分析结果表明:结构性软土在循环荷载...     

干模式下颗粒粘滑震动试验研究

为了研究浅源地震的诱发机制,基于室内三轴试验,对颗粒材料的粘滑震动特性进行了分析. 采用颗粒直径为0.6～0.8 mm的玻璃珠,在围压为30、60、100、200、400 kPa和600 kPa的条件下,以0.02 mm/min的轴向应变速率,开展干燥、密实玻璃珠的固结不排水三轴压缩试验,结果表明:试样偏应力主震和偏应力应变间距随着围压的增大而增大;除了初始压密阶段外,体变-应变曲线中所有体积的突然收缩均与粘滑震动有关;在30、60、100 kPa围压条件下,围压-应变曲线中出现较多尖而窄的波峰和波谷;在200、400 kPa和600 kPa围压条件下,围压-应变曲线中只有尖而窄的波谷;玻璃珠类颗粒材料发生粘滑震动过程中既有静摩擦也有转动摩擦;颗粒之间应力链的连续变形和破坏是引起颗粒粘滑震动的根本原因.      

三轴重复荷载作用下AC-13沥青混合料永久变形试验分析

采用半正弦波间歇荷载,使用MTS(Material Test Systerm)材料试验机对AC-13沥青混合料进行三轴重复荷载蠕变试验,研究试验温度和应力水平对沥青混合料永久变形特性的影响,得到了AC-13沥青混合料在不同温度和不同应力水平下的永久变形规律,对永久应变与荷载作用次数、应力水平和温度的关系进行非线性回归分析,提出来能够全面反映沥青混合料永久变形特性的模型,并绘制了不同温度下的三维图形,直观全面地反映沥青混合料变形的特性。