路基压实土的超固结应力历史试验研究

为研究高填方路堤分层压实过程中的超固结应力历史,对路基回填土分别开展室内击实和一维固结试验。通过采用两种自制击样装置以及标准重型击实钻芯取样等3种方式制备压实土样,研究击实功、击实冲量、含水率以及压实度等多种因素对路堤回填土超固结应力历史的影响。试验结果表明:相同压实度和含水率的压实土对应的应力历史不唯一,压实过程的单位面积击实冲量越大应力历史越大;当击实功和超固结形成路径都相同,压实土在最佳含水率时压实度最高,对应应力历史最大;当含水率相对最佳含水率上下浮动,压实土的应力历史会降低,且含水率越高,压实度对于应力历史的影响幅度越大。     

高填土路堤预抛高分析计算

通过分析碾压机械压实过程中产生的附加应力,确定了分层碾压土体所具有的前期固结应力;通过土水特征曲线试验和渗透试验,按照渗透系数折减的方法确定了非饱和土的固结系数,按照饱和土的一维固结理论近似计算了非饱和土的固结过程;按照自重应力大于前期固结应力的原则计算填土路堤的再压缩沉降,结合固结计算的结果估计了高填土路堤的后期沉降,提出了不同填土高度、使用不同碾压机械的高填方路堤的预抛高。     

高液限红粘土高填方路堤稳定性及变形特性研究

雅杜高速项目沿线地形起伏较大,高填方路堤占比较大,受到路基填料和建设资金限制,高填方路堤采用红土砾料和未经处治的高液限红黏土直接填筑。采用FLAC3D基于强度折减法原理对雅杜高速典型高填方路堤建立数值分析模型,进行路堤稳定性及变形研究,验证高液限红黏土填筑厚度以及压实度标准降低对高填方路堤的稳定性和变形产生的影响。结果表明,高填方路堤拉应力区、塑性区和潜在滑动面主要分布在高液限红黏土填筑区域,影响路堤的稳定性,提高压实度可以增强高液限红黏土颗粒之间的摩擦、咬合和分子引力,从而提高土体的密实度和强度,提高高填方路堤稳定性。高填方路堤初期沉降变形主要来源于高液限红黏土填筑区域,红土砾料初期沉降变形相对较小,适当加大红土砾料填筑厚度可以有减小高填方路堤沉降变形。     

粗粒土蠕变影响因素正交试验研究

粗粒土在公路铁路路基工程中应用广泛,其蠕变特性是影响高填方路堤长期沉降的重要因素。通过大型单轴固结仪,设计蠕变影响因素正交试验,采用直观法探讨含水率、颗粒组成和压实系数等因素对砂质板岩粗粒土蠕变的影响规律。结果表明,蠕变各因素的主次顺序为:压实系数(主)、颗粒组成、含水率(次),蠕变最优方案为:压实系数97%、细颗粒含量30%、含水率8.26%。     

基于热力学的沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型

为了表征沥青混合料的力学行为,以不可逆热力学理论为基础,推导出沥青混合料粘弹-粘塑性损伤本构模型;将建立的本构模型用于分析沥青混合料三轴蠕变试验和等应变速率压缩试验.结果表明:该模型能够合理描述沥青混合料蠕变试验的三阶段,准确表征其三维变形特征,并能从机理上分析沥青混合料的变形行为;可以较准确地预估等应变速率压缩试验中的应力-应变发展规律及应力峰值和体积变形规律;所提出的粘弹-粘塑性损伤本构模型能够表征沥青混合料在多种压缩加载模式下的力学行为特征.     

粤赣高速公路高填方路堤碾压工艺试验研究

通过现场试验,比较了常规压实设备BMl8T和大吨位压实设备YZTY22T的压实效果,得到了提高碾压工作效率的工艺参数和方法,确认了采用大吨位压实设备进行越层压实和补强工艺处理先前层碾压盲、弱区的可行性.并分析了碾压产生的附加应力和堤身自重应力,在理论上论证了大吨位压实设备对减小高填方路堤工后沉降变形的作用,明确了高填方路堤工后沉降变形的原因,提出了加大高填方路堤施工压实度指标的工艺要求.     

含水率对砂质板岩粗粒土蠕变特性影响试验研究

粗粒土在公路、铁路路基工程中应用广泛,其蠕变特性是影响高填方路堤长期沉降的重要因素。通过单轴压缩蠕变试验研究含水率对粗粒土蠕变的影响规律,分析砂质板岩粗粒土在不同含水状态下的蠕变特性,并基于与实验结果相符的H-K蠕变模型探讨含水率、应力与蠕变参数之间的关系。结果表明,含水率是影响粗粒土蠕变特性的重要因素,提出使用干燥或饱和含水态的粗粒土填料以控制路堤长期沉降。     

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。     

考虑D-P边界退化的冻风积土蠕变损伤规律研究

为研究季冻区冻风积土的蠕变变形规律及损伤演化规律,采用冻土GDS三轴测试分析系统开展了不同负温条件下三轴蠕变试验,分析了不同负温对冻风积土蠕变损伤特性的影响。根据典型蠕变曲线的三阶段特征提出了蠕变损伤时间阈值及屈服时间阈值确定方法。根据Kachanov对混凝土材料蠕变损伤的假设,对冻风积土的弹性模量及抗剪强度参数进行弱化,分析了不同负温条件下,不同蠕变损伤阶段冻风积土蠕变损伤规律。将西原模型中塑性元件改进成了具有损伤特征的非线性黏塑性体,并假设其服从于Drucker-Prager屈服准则,建立了冻风积土分阶段的蠕变损伤模型,将模型计算值与实测值进行比较,验证模型的合理性。研究结果表明:温度对冻风积土蠕变特征影响显著,温度低于-15℃时仅出现蠕变第I、II阶段,温度高于-10℃时会出现第III阶段,分阶段蠕变损伤模型可以较好地描述冻风积土在不同蠕变阶段损伤特征;屈服边界退化是导致冻风积土发生蠕变损伤的主要原因,发生蠕变损伤后会导致屈服边界不断缩小以及有效应力不断增加,塑性区的范围不断扩大,发生蠕变损伤后有效应力状态点会落在损伤后的屈服边界附近。     

高填路堤沉降变形规律研究及压实技术课题成果简介

西部课题“高填方路堤沉降变形规律研究及压实技术”针对高填方路堤典型病害、高路堤沉降计算方法、高路堤工后沉降预估方法、以及典型填料压实技术等方面进行了较为系统深入研究,取得了较丰富的成果.本文对该课题主要研究工作和研究成果进行了介绍,供同行参考.     

高速公路高填方路堤差异沉降特性研究

为了研究高填方路堤差异沉降特性,本文以某高速路堤为例,采用ABAQUS有限元软件,就不同填方高度、不同路基土压实度和不同填筑材料对高填方路堤差异沉降特性进行了研究。得到主要结论如下:高填方路堤的最大沉降值出现在路堤中部;随着路堤填筑高度的增加,路基最大沉降值明显增大,且沉降的速率也随填筑高度的增加而增加;提高路基土的压实度,有利于路堤土差异沉降的改善,但改善程度非常有限;改善路堤填土的力学性质是减小路基压缩沉降非常有效的措施之一。     

山区高填方路堤填筑全过程变形应力特性分析

以资溪花山界至里木高速公路高填方工程为依托,采用有限元方法模拟并结合现场实测数据的分析,研究了高填方路堤在填筑全过程中的变形应力特征及其变化规律。结果表明:高填方路堤在填筑期的变形整体以沉降为主,沉降在前期发展显著,侧向变形在中后期增长明显,变形发展实际表现出滞后性,路堤应力由坡面向内部递增,在填筑阶段逐步增长,坡体内部侧向土压力在填后会产生一定的松弛,路堤填筑过程中变形应力的发展与实际填筑速率密切相关。     

循环荷载下偏压固结饱和粉土刚度软化规律研究

以研究饱和粉土在循环荷载下长期变形和刚度软化为目的,通过GDS动三轴试验仪开展了一系列不同动应力比和不同固结应力影响下的偏压固结试验,分析了饱和粉土的动应力～应变曲线的变化趋势,揭示了累积孔压、累积应变与循环次数的关系。试验结果表明:刚度软化、累积应变、累积孔压均与动应力比、固结应力、循环次数有关,随着循环次数、动应力比、固结应力的增加,刚度软化加剧,累积孔压、累积应变增大。建立了刚度软化模型,通过对试验数据进行拟合分析发现,软化系数与累积孔压、累积应变呈指数关系,且累积孔压的关系更加显著。该模型参数少,易获取,易嵌入本构模型中,应用方便。     

重复荷载下沥青混合料变形的数值模拟

采用加载0.1 s、卸载0.9 s的半正弦波间歇荷载模拟路面实际的车辆荷载,利用线性Drucker-Prager蠕变模型对重复荷载下AC-13C基质、改性沥青混合料的变形进行黏弹塑性数值模拟,预测得到的变形与实测变形相比非常一致。沥青混合料的蠕变应变随着时间的增长而增大,初期增长率大而后期增长率小。在沥青混合料未屈服时,蠕变应变就是沥青混合料的永久应变;当沥青混合料发生屈服,产生了不随时间变化的塑性应变,此时蠕变应变加上塑性应变即为沥青混合料的永久应变。结果表明线性Drucker-Prager蠕变模型可以预测重复荷载作用下沥青混合料的变形,可用于移动荷载下沥青混凝土路面结构的力学响应分析。     

高速铁路高路堤压缩变形特性分析及压实标准探讨

为探讨适应高速铁路沉降变形要求的路堤压实标准，采用专用有限元软件模拟了路堤的分层填筑，分析了自重作用下的路堤压缩变形特性，选择在建无砟轨道高速铁路典型高路堤工点，测试了路堤不同部位的局部压缩沉降及压实状态，并进行了数据分析。结果表明:路堤自重作用下的垂向应力及垂向应变基本呈线性分布；自重荷载作用下的屈服区域将最先出现在路堤中下部；试验工点压实标准按规范提高一级后，路堤工后压缩沉降仍有时间效应；填高6~12m无砟轨道路基基床以下路堤的压实标准，建议压实系数K取0.95，地基系数K     

黄土路堤施工过程中的变形计算分析

在黄土地基上修筑路堤,研究路堤修筑后(过程中)沉降情况,在西宝公路K81+940~K82+060段埋设了沉降杯,文章采用Duncan-Chang所建议的双曲线弹性非线性E-B模型开展路堤在施工过程中的变形计算分析。结果显示:路堤中部的沉降比与其同一高程处的垂直沉降大,这是因为路堤中部受到的应力比两侧的大。路堤沉降最大约为46mm,出现在路堤顶部以下某处。在整个施工过程中地基的变形占了整个路堤变形的绝大部分,这主要是因为地基土为天然土,它的密度比压实土低的多,其变形模量、泊松比都比压实土小。     

沥青路面蠕变响应现场预估方法与试验

为了揭示在役沥青路面结构的黏弹特性,给基于黏弹性本构的沥青路面设计提供参考,针对现有沥青路面应变测试仍然基于弹性假设的现状,依据三维线黏弹本构理论,通过现场埋设应变和温度传感器,开展不同温度与轴载作用下的沥青路面静载蠕变试验。基于实测应变变化规律对现有表征沥青混合料黏弹性本构模型的适用性进行了判别,并分析温度、偏应力等外部影响因素对沥青层黏弹性参数的影响规律,由此建立沥青路面应变随外部因素变化的预估模型。结果表明:实测蠕变历时曲线呈现的黏弹特性很好地符合Burgers模型,拟合判定系数超过0.98;Burgers模型的4个参数(G_1,G_2,η_1及η_2)均随温度的提高而减小,随偏应力的增加而增大,与偏应力、温度分别呈良好的线性和指数函数关系,拟合相关系数均大于0.84,其中黏性参数η_1和η_2受温度和偏应力的影响显著;按应变预估模型计算得到的应变与同等工况下的实测应变历时曲线规律吻合,应变值的相对误差在10%以内,表明建立的基于三维黏弹本构关系的沥青面层应变预估方法合理、可行。     

高等级公路路堤沉降因素有限元分析

根据高等级公路路堤填筑的特点,采用Drucker-Prager理想弹塑性体构模型模拟路堤填料的应力—应变关系,并借助ANSYS软件对路堤沉降进行有限元分析,研究路堤填土高度、地基模量和压实度等因素对路堤沉降的影响规律。     

考虑桩土滑移的路堤下刚性桩复合地基沉降计算

为建立能考虑桩土滑移特性和桩间土非均匀压缩变形特征的路堤下刚性桩复合地基沉降计算方法,以均布荷载下等桩长刚性桩复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,基于桩土相互作用的上部负摩阻塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区三区段模式,采用剪切刚度和极限摩阻力随法向应力变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,建立了弹性区非线性和塑性区非均匀的桩侧摩阻力分布模型;考虑桩土滑移特性及桩间土非均匀压缩变形特征,根据单元体桩土荷载传递微分方程,导出了表征路堤下刚性桩复合地基性状的沉降和桩土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数对沉降和桩土应力比的影响。研究结果表明:沉降随路堤荷载及垫层柔度系数的提高而增大;桩土应力比随垫层柔度系数的增加而减小,随路堤荷载的提高呈先增大后减小的变化趋势,据此提出了采用最大桩土应力比进行路堤下刚性桩复合地基承载力及沉降设计的技术原则。     

K0状态超固结软黏土蠕变性状的试验和理论研究

为了研究软黏土K_0应力状态下土体的蠕变规律,对湖州软黏土进行了K_0状态下三轴蠕变试验,从竖向应变和剪切应变2方面对试验结果进行分析,在竖向应变分析中,采用"陈氏法"对试验结果进行处理,得到了超固结比对次固结系数的影响规律;在剪切应变分析中,采用Hu-Xie一维剪切蠕变等效时间模型对试验数据进行了归纳。研究结果表明:超固结软黏土竖向应变的次固结系数随超固结比的增大呈指数型减小,超载预压法能有效减小工后次固结沉降; Hu-Xie模型在超固结土的剪切应变计算中具有较好的适用性。