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。     

基于路堤粗粒土填料力学特性的改进邓肯-张模型

为研究动力及含水率变化对路堤粗粒土填料力学特性的影响，制作了不同含水率w的路堤粗粒土填料试样，先对其施加一定荷载频率f的动应力，再进行静三轴压缩试验，分析不同试样静偏应力σ₀-应变ε₁曲线变化规律，之后结合Janbu公式探讨动偏应力σ_d、w及f与参数n、K的联系，建立初始变形模量E_i、极限偏应力(σ₀)_ult与各控制变量的拟合公式，提出考虑动力及含水率影响的路堤粗粒土填料改进邓肯-张模型，最后开展验证试验，对比分析该改进模型的有效性。研究结果表明：三轴试验中粗粒土试样在ε₁>0.5%时由弹性变形进入塑性变形阶段，不同控制因素下的σ₀-ε₁曲线在0.5%<ε₁<2.0%范围内出现明显差异，切线变形模量E_t在该范围内迅速降低，降低幅度达到58%～76%;当ε₁>2%时E_t变化逐渐减缓并...     

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。     

兰新高速铁路戈壁土路基填料压实特性研究

通过兰新高速铁路第二双线路基试验段戈壁土现场填筑试验及室内土工试验,研究了戈壁土的颗粒组成、颗粒级配、粗颗粒含量P5、细颗粒含量、含水率控制对压实效果的影响。结果表明,对于高速铁路路基填料,其不均匀系数:基床以下路堤Cu≥15、基床底层Cu≥20为宜;随着填料中粗料含量P5的增大,填料的干密度增大,当粗料含量在70%左右时达最大;含水率大小对粗粒土的压实效果的影响,主要由填料中细粒含量(d≤0.075mm)的多少而定。     

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。     

铁路路基粗粒土填料压缩变形特性试验研究

在路基工程中,压实系数、含水率是两个重要影响因素。提高压实系数可改善水稳定性。控制压实系数和含水率是保证路基稳固的关键。结合兰新铁路第二双线建设所采用的粗粒土作为路基填料,做了大量的室内压缩变形特性试验以及分析研究,得出粗粒土的压缩变形特性在不同因素下的影响规律。研究结果表明:提高压实系数,可获得良好的压实效果;增加加载次数可显著增强路基的稳定性,降低路基的变形;为了减小水对路基压缩变形特性的影响,铁路路基应有良好的表面防止雨水入渗、完善的周围排水系统,并重视防洪工作。     

含石量与含泥量对压实砾石土力学特性影响的试验

对于夹泥砾石土,在应力、颗粒组成、含水率等因素影响下,其变形特性非常复杂。针对重庆机场道路工程填筑中所用的压实砾石土,通过中型样三轴试验开展了一系列力学特性试验研究,重点分析了含石量与含泥量的变化对于压实砾石土力学性能的影响,及不固结不排水（UU）、固结不排水（CU）、固结排水（CD）3种条件下的抗剪强度与变形特性;同时研究了UU条件下,不同制样含水率对压实砾石土的抗剪强度的影响。试验结果表明：压实砾石土在低围压条件下表现出强烈的剪胀性;UU三轴压缩试验条件下,小含泥量的压实砾石土的强度取决于大粒径颗粒间的咬合力,与含石量成正比;初始拌和含水率对压实砾石土UU强度的影响很大,颗粒粒组中的泥粒在高于最优含水率下易产生滑动,影响其应力-应变性状并导致其抗剪强度大幅降低;饱和固结后,压实砾石土的强度与含石量并没有直接的联系,高含石量并不代表高强度,合理的颗粒级配是决定试样CU,CD强度的重要因素;压实砾石土中含泥量增加会导致其抗剪强度的降低。另外,含石量和含泥量对压实砾石土的临界状态影响不大,同种矿物成分、不同颗粒组成的压密砾石土在CU,CD试验下的临界应力比为1.73。     

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%。     

千枚岩用于高速公路路基填料的适用性研究

对千枚岩的物理力学特性、水稳定性以及其CBR与压实度的关系进行了研究,结合现场千枚岩路基填料碾压特性,提出了千枚岩作为高速公路路基填料适用层位及压实要求。结果表明:随着千枚岩风化程度加重,其颗粒密度和块体密度减小,含水率、吸水率和孔隙率逐渐增加,点荷载强度减小;随着干湿循环作用次数增加,千枚岩试样崩解量递增、耐崩解性指数减小;与干燥千枚岩相比,饱水千枚岩强度显著降低,降低幅度达39%~64%;适当提高压实标准,弱风化千枚岩可用作路基填料,中风化千枚岩可用于路堤和下路床,强风化千枚岩只适用于下路堤;采用3%~4%水泥改良中风化、强风化千枚岩可适用于路基各结构层。     

砂性土填料压缩特性试验研究

压缩模量是评价土体压缩特性和计算沉降量的重要指标,该指标与土体含水率、压实度等有密切关系。为此,以厦蓉高速漳州段高填方路堤工程为背景,通过室内快速压缩试验,对不同含水率、不同压实度下砂性土填料的压缩特性进行研究。结果表明:砂性土填料的压缩模量随压实度的增大而显著增大,随含水率的增大呈先减小后增大的趋势。究其原因,在高含水率条件下,受孔隙水压的影响,采用快速压缩试验测得的压缩模量偏大,对于高含水率的路堤填料,采用标准压缩试验,才能准确测定其压缩模量。     

公路路基软岩质粗颗粒填料级配及力学性能研究

依托安徽枞阳长江北岸公路工程，开展天然软岩质粗粒土的级配组成分析和不同级配组成的压实土样室内模型动力加载试验，通过监测动态回弹模量变化来探究软岩质粗颗粒填料的力学性质。结果表明:软岩质粗颗粒填料力学性质的主要影响因素是颗粒的级配；对于软岩质粗颗粒填料，结构强度主要取决于其内粗颗粒特别是粗砾组颗粒（20～60 mm）构成的起决定作用的骨架强度，而填充于骨架空隙内的细颗粒对填料结构强度影响次之；软岩质粗颗粒填料在其最佳含水率和最佳P₅及以上粗颗粒含量（60 %～70 %）附近呈现出最高的动态回弹模量，此时填料的级配状况最好，易形成骨架密实型结构，可表现出最好的力学特性。     

地震荷载作用下粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量和阻尼比的影响

为分析川西地区混合土地震荷载作用下的动力特性，针对该地区保留全部粒径的天然混合土，对3组土分别采用筛分法剔除60，20，10，5 mm粒径颗粒，制备粗颗粒含量不同的天然混合土土样，利用DJSZ-150粗粒土动、静两用三轴试验机进行大型动三轴试验，采用Hardin-Drnevich双曲线模型（H-D模型）拟合动应力-应变关系曲线，获得G_d/G_max-γ和λ-γ曲线变化规律，分析不同围压和粗颗粒含量对川西混合土动剪切模量G_d和阻尼比λ的影响作用。结果表明：混合土动剪切模量G_d、阻尼比λ均随围压及大于5 mm的粗颗粒含量的增大而增大，原因是随着围压增大，粗细颗粒的接触增多，土体结构更加紧实，提高了颗粒壁隙间的动摩擦力，增大了能量传递时的耗损，导致动剪切模量与阻尼比随之增大；当粗颗粒含量小于40%时，细颗粒构成土骨架，粗颗粒的接触被细颗粒阻隔，导致其对动剪切模量及阻尼作用贡献不大，此时动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的速度较慢，当粗颗粒含量为40%~60%时，混合土中粗颗粒骨架形成，且细颗粒有效填充了粗颗粒间的孔隙，粗颗粒在土中起主导作用，此时动剪切模量与阻尼比随着粗颗粒含量的增加而快速增加，当粗颗粒含量大于60%时，粗颗粒的增加无法进一步增强其骨架效应，而此时细颗粒间的胶结作用随粗颗粒的增多导致细颗粒的相应减少而减弱，动剪切模量和阻尼比随粗颗粒含量增加而增加的趋势不明显。     

循环荷载下水泥土桩复合单元体变形特性及其地基长期沉降计算方法

对于软土地区的路基工程,若路基处理不当,在长期交通荷载作用下,容易导致服役期路面开裂、不均匀沉降等问题。水泥土搅拌桩法是软土地区最常用的路基加固方法之一。研究循环荷载下水泥土桩复合地基的变形特性,对于指导交通荷载下软土地基长期沉降控制具有重要意义。然而,现有研究主要集中在软土和水泥土单一介质,对于水泥土桩复合体的研究较少。通过开展水泥土桩复合单元体大型动三轴试验,分析围压、静偏应力和置换率等因素对水泥土桩复合体累积塑性应变的影响。研究结果表明：循环荷载下水泥土桩复合体累积塑性显著小于软土,且应变随围压、动应力比及静偏应力的增大而增大,随置换率的增大而减小;静偏应力的增加会导致复合单元体临界动应力比的减小。基于试验结果,建立了水泥土桩复合体长期沉降计算方法。结合现代有轨电车算例,分析交通荷载作用下软土路基以及经水泥土桩法处理后的路基长期沉降结果。计算结果表明,采用水泥土桩法可有效减小软土路基长期沉降。     

含水率对级配碎石力学参数的影响性分析

为进一步探明含水状态对路床级配碎石的影响性,对不同含水率的级配碎石试件开展了多组大型静动三轴试验研究。结果表明:荷载条件一定时,细颗粒含量增多可使级配碎石的临界动应力和抗变形能力降低;最优含水率状态下,路床级配碎石在长期动荷载作用下具有较好的动力稳定性,但在饱和及浸泡水状态时,动力稳定性会降低,此时,动力-水耦合作用下易导致路床发生翻浆唧泥病害。     

细粒土路基平衡密度状态分析

为掌握细粒土路基的平衡密度状态及其变化原因，统计分析9条高速公路路床顶部的压实度和含水率检测资料，对3条黄泛区高速公路路基的压实度、含水率以及1条高速公路的路基模量进行全断面深度检测，并开展非饱和细粒土的湿化试验和弹性恢复试验。现场实测发现：在役路基除了实测含水率较最佳含水率有0~13.8%的增加外，相应的压实度出现了0~10%的线性衰减；其中，路床区、上路堤以及受水位波动影响较大的路基底部的压实度降低十分明显，而下路堤上部区域压实度基本维持不变甚至有所增大；路基压实度的变化与土的含水率密切相关。非饱和土三轴试验结果表明：土体湿化过程中，吸水导致体积膨胀和压实度衰减；当路床土吸湿至平衡湿度（含水率为18%）时，土体压实度降低5.07%。弹性恢复试验结果表明：压实路基土因变形恢复导致路基密度衰减；低含水率、高压实度和低上覆荷载条件下的弹性恢复较大，压实路床土弹性恢复导致的压实度降低值最大为0.5%；综合湿化和弹性恢复结果来看，两者占黄泛区路床区压实度衰减总量（约7%）的79.6%；此外，路基剪切模量的原位实测值较相同物理状态下的室内重塑土结果平均高出了60.64%，表明运营多年的高速公路路基土具有一定的结构性。因此，既有路基的评价应该同时考虑路基湿度增加、密度降低以及土体结构性等综合因素。     

粗粒土振动压实特性试验

以8种不同级配的粗粒土为研究对象,采用室内表面振动压实试验方法,研究粗粒土的级配特性与压实设备的振动频率、激振力对粗粒土压实特性的影响,并利用多元线性回归方法,分析土样级配特性对粗粒土压实效果的影响,最后建立粗粒土最大干密度与其级配特征粒径之间的关系式,并提出用5个特征粒径表示的级配特征函数。结果表明:级配不同的粗粒土在不同激振力、振动频率作用下,干密度-振动频率、干密度-激振力曲线形状几乎呈正态分布,存在最大干密度和对应的最佳振动频率、最佳激振力。     

大轴重条件下重载铁路路基变形特性研究

随着重载铁路列车轴重的不断增加,作用于路基上动应力也随之增大,进而引起路基塑性变形和弹性变形的增大,严重影响了列车的安全运行。通过对路基现场动态测试和室内分级加载动三轴试验,分析了不同压实度的重载铁路路基土体的塑性变形和弹性变形随动应力增大的变化规律,为预测轴重增加条件下的路基稳定性及变形的发展规律提供依据。     

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。     

循环荷载作用下超固结软黏土的累积变形研究

交通荷载作用下，公路和机场跑道产生较大沉降，会降低工程设施服务性能，增加危险性与维护费用。为避免土体在循环荷载作用下产生较大工后沉降，一般对软土地基进行预压处理，使其成为超固结土，可以大大降低其累积变形。针对上海第3层原状土，采用不同超固结处理后进行不排水循环三轴试验，以研究正常固结土与超固结土在不同循环应力比作用下累积应变，并给出了相关的预测模型。结果表明，超固结作用可以大大降低土体在循环荷载作用下的累积应变。