地铁列车作用下软黏土的动力响应试验研究

土体动力特性的研究对地铁列车荷载作用下软黏土地基变形的控制具有重要意义,通过对广州地铁饱和软黏土进行动三轴试验,研究土体的动强度、动应力-动应变关系和动模量特性。结果表明:(1)在循环荷载作用下,该软黏土的动强度低于45 kPa;稳定型和破坏型的ε_d-N曲线变化规律不一致;(2)在同一动应力幅值作用下,当动应变低于动应变极限值时,频率对动骨干曲线的影响较小;(3)其他条件相同时,在振动中期,频率对动弹性模量的影响较小;在振动后期,动弹性模量的衰减程度随频率的增大而增大;土体动弹性模量随动应力幅值的增大而增大;(4)最后通过Hardin-Drnevich模型验证本文基于实验数据得到的新的归一化的试验参数是合理的,且新模型参数可为该地区同类地铁工程的软黏土动力特性研究提供参考。     

交通荷载引起的静偏应力对压实黄土动力特性的影响

区别于地震荷载,交通荷载作用下的静偏应力对土体动力特性的影响显著。通过室内动三轴试验研究静偏应力对压实黄土动应力-应变关系的影响规律,分析动模量随加载振次的变化规律。结果表明:静偏应力可以显著提高同等动应变幅值下土体的动模量;随着静偏应力的增加,土体的动应力-应变关系在一定的起始动应变幅值范围内呈线性关系。当不考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐衰减;当考虑静偏应力时,土体的动模量随着振次的增加逐渐增大。此外,通过将动力荷载作用下土体的循环累积应变分解为动力蠕变和弹性应变,对土体的滞回特性进行了修正,修正之后静偏应力对土体动模量的强化作用更加明显。修正方法可为交通荷载作用下路基的动力响应和长期变形分析提供更为清晰的研究思路和意义明确的力学参数。     

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。     

循环荷载下重载铁路路基累积动应变分析

研究目的:基于山东东营某重载铁路路基工程,以重载铁路路基为研究对象,通过一系列循环振动三轴试验,探究在氯盐侵蚀和循环振动荷载双重因素耦合作用下重载铁路路基的累积动应变发展变化规律,进一步揭示路基土体变形影响因素及其规律。研究结论:(1)循环振动荷载作用下,土体累积动应变随着循环振动次数的增加而不断增大;(2)不同的动应力比下,累积变形曲线呈现出稳定型、临界型和破坏型三种类型;(3)干密度越大,土体抵抗变形的能力越强,累积动应变发展速率越小,临界动应力比越大;(4)土体的累积动应变发展速率随含水率、含盐量和振动频率的增大而不断加快;(5)围压和含水率均可以改变土体累积动应变的发展类型,随着围压的增加,路基的变形速率降低;(6)该研究成果可为重载铁路路基设计与施工提供参考。     

重载铁路路基粗颗粒土循环振动试验与累积动应变研究

重载铁路路基核心层为粗粒土,其直接承受轨道结构传递的列车动载的往复作用,但目前对粗粒土填料在重载列车往复作用下累积动应变的研究较少。为探索粗粒土填料在暴雨等极端恶劣天气或路基浸水时的累积动应变变化规律,利用基于MTS精确控制的动三轴试验系统,进行不同围压、多组动应力幅值下饱和粗颗粒土(铁路路基A级填料)的振动试验。由此获得一系列粗颗粒土累积动应变与振动次数的关系曲线,揭示动应力比对累积动应变发展类型的影响,得出基于围压的临界动应力比表达式以及累积动应变与振动次数的拟合关系式,同时证明一定振动次数时试样动应力与累积动应变关系比较符合双曲线模型。试验结果可供重载铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计参考和利用。     

洞庭湖区饱和原状粉质黏土累积塑性应变规律

对洞庭湖区的饱和原状粉质黏土进行室内动三轴试验,分析软土地基土体在动荷载作用下的变形特性,探究动应力幅值、围压、固结比和加载频率对饱和粉质黏土累积塑性应变的影响。累积塑性应变发展形态随加载条件的不同可以分为稳定型、临界型、破坏型3类。用拟合函数对室内动三轴试验结果进行拟合分析,得出Monismith指数函数适合破坏型曲线,而对数函数不适宜于稳定性曲线的结论。针对稳定型曲线收敛的特点,提出一个新的稳定型曲线累积塑性应变数学模型,能更好地模拟曲线的变化规律,为计算软土地基在长期循环动荷载作用下产生的累积塑性变形提供了一定的参考。     

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。     

循环荷载下粉土路基土的变形性状研究

为探讨铁路既有线粉土路基的工作性状及病害机理,通过室内动三轴试验,研究不同密实度、不同含水率粉土路基土在不同动应力水平下的循环累积塑性变形规律。结果表明:循环荷载下粉土路基土的累积塑性变形随动应力的增加而增大,随试样含水率的降低而降低,随压实系数的增大而减小,且动应力水平越高、含水率越大、压实系数越小,变化趋势越明显;在既有线路基动应力水平范围内及路基土处于饱和含水率状态下,可用粉土路基土的压实系数0.93作为路基土破坏形态的分界点;粉土路基土的临界动应力约为静强度的50%。基于试验结果,以Monismith指数模型为基础,引入路基动应力与静极限抗剪强度的应力比系数,建立了能同时考虑动应力和土体物理状态条件的路基土循环累积塑性变形预测模型。模型计算值与试验值吻合较好,说明该模型能较好地预测粉土路基土的循环累积塑性变形。     

循环荷载历史下CA砂浆的动态受压试验研究

研究目的:为研究历经不同循环荷载历史和不同应变速率对铁路轨道系统CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的抗压强度、弹性模量和峰值应变的影响规律,进行CA砂浆圆柱体试件历经循环加载历史后,在应变速率为1×10~(-5)~1×10~(-2)s~(-1)时的单轴受压特性试验。研究结论:(1)应变速率和循环荷载历史对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变速率的增大而提高;(3)在相同的应变速率下,CA砂浆的抗压强度随循环荷载次数和循环荷载幅值的增加而降低,最大降低幅度为8.34%;(4)当循环荷载幅值较小时,CA砂浆的弹性模量随循环荷载次数的增加而增大,最大增加幅度为59.17%;(5)在相同的应变速率下,CA砂浆的峰值应变随循环荷载次数及循环荷载幅值的增大呈降低趋势,且应变速率对峰值应变的影响小于循环荷载历史的影响;(6)该研究成果为进一步了解历经循环加载历史后板式无砟轨道的力学性能提供必要的试验依据,进而应用于指导CA砂浆材料优化设计中。     

循环荷载作用下饱和软黏土海床的刚度衰减模型研究

在地震和波浪等循环荷载作用下,海床内部产生循环应力、循环应变以及超孔隙水压力累积,可能造成饱和软黏土地基强度和刚度的降低,对桩基础的承载性能产生较大的影响。将反映土体软化特性的参数引入等效黏弹性模型中,建立考虑循环荷载作用下饱和软黏土刚度衰减以及动应力-应变非线性和滞回性的修正模型,基于动三轴试验结果反演获得饱和Kaolin软黏土的动力特性参数和软化特性参数。对有限差分程序FLAC^3D进行二次开发数值实现了该修正模型,并与动三轴试验结果进行对比验证;进一步采用修正模型研究了不同强度地震激励作用下的自由场海床响应,与离心机试验结果进行对比,验证了采用修正模型描述饱和软黏土海床地震响应的可行性。     

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。     

地震荷载下高含冰量冻土的动力特性试验研究

地震荷载作用下高含冰量冻土的动力特性试验研究对西北地区地震多发地段的冻土工程的抗震设计具有重要意义。通过选取兰州的重塑冻土进行动三轴试验,分别研究了地震荷载下不同控制温度(-6,-3,-1℃)、不同含水量(30%,50%,75%)以及不同围压(0.3,0.5,1,2 MPa)下高含冰量冻土的动应力应变关系和动弹性模量。试验结果显示,不同条件下冻土的动应力应变关系呈Hardin-Drnevich双曲线模型,并且不同温度、不同围压和不同含水量对模型参数都有着影响。动弹性模量随温度升高而减小,温度每升高1℃,弹性模量就下降12～15 MPa。围压对动弹性模量的影响有强化作用和弱化作用,-6℃时动弹性模量随围压增大而增大,-1℃时大应变情况下动弹性模量随围压增大而减小。对于高含冰量冻土,动弹性模量随含水量的增大先减小后增大。     

动荷载下软土路基变形规律研究

研究目的:为研究列车循环荷载下的路基变形特性,找出路基中土的动力特性.本文首先介绍了胶新线试验段的基本情况,从理论上分析计算了路基沉降与时间的关系,给出了路基计算模型与路基土本构方程.进而通过研究列车动荷载下的路基弹性变形与塑性变形特性,得到路基动应力衰减曲线.研究结论:(1)实际中应变波是在有限深度内传播的,一般在路基面以下5 m弹性变形很小.弹性动应变所占比例很小,不足0.06%,而且随着深度逐渐减小,所以弹性动应变对松软土路基工后沉降的贡献很小;(2)在动载试验150万次后,测得路基的塑性变形值为:级配碎石基床表层塑性变形为27.35 mm,松软土地基塑性变形为2.67 mm.动荷载对工后沉降的贡献主要体现在路基基床部分,工后沉降在列车运行1年后趋于稳定.     

考虑荷载间歇的粉土填料变形行为及临界弹性应变分析

路基受到的动荷载由列车通过时的连续性周期荷载与列车未通过的荷载间歇组成,大多数对路基填料变形特性的研究中忽略了荷载间歇的存在,无法正确认识列车荷载对路基的作用特征。为了对间歇性循环荷载作用下的重载铁路路基粉土填料变形特性进行研究,开展不同动应力、含水率及围压条件下连续性循环荷载和间歇性循环荷载的动三轴对比试验,探讨荷载间歇对粉土填料累积塑性应变及弹性应变的影响,分析间歇加载下粉土填料的弹性应变变化规律。试验结果表明,荷载间歇显著影响粉土填料的累积塑性应变大小和变形行为;间歇阶段的存在使得粉土填料抵抗弹性变形和破坏的能力得到提升;间歇加载下粉土填料的弹性应变随动应力幅值和含水率的增加而增大,随围压的增大而减小。通过对间歇加载下试样的不同变形行为类型进行分析,得到不同安定状态下的临界弹性应变的取值,试样为最优含水率、天然含水量及饱和含水率时,安定极限弹性应变分别为0.14%,0.11%及0.09%,蠕变极限弹性应变分别为0.30%,0.17%及0.13%。研究结果拓展了安定理论的适用性,为认识和评价重载铁路路基的变形行为提供参考。     

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、...     

淤泥质粉质黏土温控动三轴试验

针对宁波市轨道交通2号线一期工程,利用温控动三轴试验系统,开展淤泥质粉质黏土的动力特性试验,研究温度、加载频率、动应力幅值对土体的累积塑性应变、动弹性模量、阻尼比和孔压等的影响。结果表明:淤泥质粉质黏土的动力特性发展规律受动应力幅值的影响很大,当动应力幅值接近临界动应力时,增大振动频率会降低临界动应力值;在相同应力水平下,淤泥质粉质黏土的强度随着温度的升高而增大,呈现热硬化趋势;在不同的动应力幅值、振动频率和温度下,淤泥质粉质黏土的动弹性模量和阻尼比随动应变的增大而减小,动应变随动应力比的增大而增大,近似呈线性增长。     

蒙巴萨膨胀土抗剪强度衰减特性研究

研究目的:蒙内铁路在蒙巴萨地区以深路堑形式穿越大面积的膨胀土地段,由于膨胀土具有强胀缩性、裂缝性、强度衰减等特殊工程性质,对铁路的安全运营产生较大影响。蒙巴萨地区为热带草原气候,雨量充沛,光照充足,膨胀土易在大气干湿循环作用下发生抗剪强度的衰减,造成路堑边坡的失稳。因此,有必要对膨胀土在干湿循环作用下抗剪强度的衰减特性进行研究,从而为路堑边坡的防护与治理提供参考和借鉴。研究结论:(1)干湿循环效应使土体抗剪强度降低,其中黏聚力随干湿循环次数和含水率变化范围的增加而降低,黏聚力和内摩擦角均随试样含水率的增加而降低;(2)膨胀土的黏聚力随干湿循环次数的增加而降低并逐渐达到稳定值,稳定值大小和达到稳定时的干湿循环次数与含水率的变化范围相关;(3)膨胀土抗剪强度衰减主要是由于土体内部裂缝发育和土颗粒间相互作用减弱;(4)本研究成果对肯尼亚膨胀土路堑边坡的防护和治理具有一定的参考意义。     

饱和地基地铁盾构隧道车致动应力响应特征

将盾构隧道衬砌和壁后注浆层视为Flügge双层圆柱壳、将饱和土体视为包裹在隧道外的中空圆土柱、将列车荷载视为一系列以恒速移动的轮载,基于分离变量法求解圆柱壳运动方程,并借助Helmholtz矢量分解定理求解Biot波动方程,结合边界条件,建立车辆-隧道-土体系统动力响应半解析模型。基于该模型,探讨饱和黏性土地基车致动应力的时空分布特征。结果表明:隧道注浆层底部土体正应力τ_(yy)幅值最大,τ_(xx)和τ_(zz)幅值接近,约为0.5τ_(yy);土体正应力及孔压幅值随着深度的增加而减小,正应力中τ_(xx)沿深度衰减最快,τ_(yy)衰减最慢;剪应力τyz幅值随着深度的增加先增大后减小,至注浆层底部以下9 m处,地基动应力衰减为最大值的20%及以下。     

地铁荷载下隧道周围粉性土变形的影响因素

针对地铁循环荷载作用下饱和粉性土的变形特性,对上海地铁10号线国权路站附近的饱和粉性土进行GDS(Global Digital Systems)循环三轴试验。试验结果表明:动应力幅值和固结比一定,累积塑性应变随振动频率的增大而变小;固结比和振动频率一定时,累积塑性应变随动应力幅值的增大而增大;动应力幅值和振动频率一定时,累积塑性应变随固结比的增大而增大。通过正交表L_8(2~7)进行安排试验,同时借助编码技术对变量进行分析,得到隧道轴向变形的回归方程,并考虑动应力幅值、固结比和振动频率等因素对回归方程显著性和失拟性进行检验。研究结果表明:该方程是可信的,影响地铁隧道轴线变形的主要因素是动应力幅值,其次是频率和固结比。研究成果对地铁隧道设计具有参考价值。     

高速铁路有砟道床纵向阻力滞回曲线特征及规律研究

针对有砟轨道道床纵向阻力的强非线性特点,通过足尺试验模型,在不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载作用下,研究散体道床的纵向阻力滞回曲线特性及规律。结果表明:散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,加、卸载曲线形成一条闭合的、呈中心对称的滞回曲线;滞回曲线的形态特征并非理想的滞回状态,滞回环面积随位移幅值的增加线性增大;位移幅值越大道床能量耗散系数越大,道床耗能能力越强,滞回曲线越饱满;道床的动刚度近似随荷载循环周次的增加线性递减;滞回曲线分段刚度值受位移幅值影响明显,不同位移幅值下的滞回曲线分段刚度值不同。有砟道床纵向阻力具有滞回特性说明其正常使用状态存在动态耗能行为,有助于深入研究高速条件下有砟线路的高稳定性、高可靠性和高安全性。