干湿循环下重塑红黏土回弹模量研究

路基的回弹模量与含水率密切相关,长期的干湿循环作用必然会引起红黏土路基强度的变化。采用室内承载板法通过不同干湿循环路径下回弹模量试验,探讨红黏土回弹模量随干湿循环次数的变化规律。结果表明,重塑红黏土回弹模量值随干湿循环次数的增加而衰减,其中第一次衰减很大,其后曲线平缓,衰减较慢;压实度越大衰减幅度越大;含水率越低衰减幅度越大。不同干湿循环路径对红黏土回弹模量影响不同,同一含水率、同一压实度,经历相同的循环次数,先湿后干下回弹模量比先干后湿的要大。经过第一次干湿循环后,先干后湿下回弹模量基本都在10~15MPa范围之内,先湿后干下回弹模量基本都在15~25MPa范围之内。研究成果可为红黏土路基的长期稳定性评价提供参考。     

干湿循环下红砂岩路基填料回弹模量控制研究

经过多次干湿循环的红砂岩,其强度衰减特性十分明显,路用性能难以得到保障。该文基于室内干湿循环试验,揭示了3种红砂岩素土和不同水泥剂量改良土的强度变化规律。结果表明:红砂岩素土强度在干湿循环作用下衰减明显,回弹模量随干湿循环次数增加而减小;掺加一定量水泥可以有效遏制水活性,强度衰减幅度减小,随着水泥改良土龄期增长,第3次干湿循环后试件回弹模量缓慢回升。分析了路面与车辆的相互作用关系,根据路面的不平整度确定了车辆动态加载模型;基于动应变控制法和有限元法,针对3种不同路堤强度进行结构建模分析,得到了红砂岩改良层回弹模量和填筑深度的关系,通过幂函数拟合确定了重交通条件下满足动应变条件的改良层所需回弹模量的临界值,并于实际工程中得到验证。     

考虑含水量变化的路基回弹模量特性研究

路基回弹模量是表征路基抗变形能力与路面结构设计的重要力学参数,路基含水量是影响路基回弹模量的主要因素,但已有研究很少涉及含水量变化对路基回弹模量的影响规律。探讨路基土中含水量季节性变化规律以及回弹模量随含水量季节性变化规律,通过干湿循环试验,得出不同干湿循环次数、不同干湿循环阶段下甘肃重塑非饱和黄土的回弹模量变化规律。通过研究,可以得出,从工程上减少干湿循环对路基回弹模量的不利影响看,宜在最佳含水量偏湿一侧进行路基碾压。     

贵州地区板溪群板岩填料路用工程特性及路基结构设计研究

针对贵州地区板溪群板岩填料的路用工程特性开展了一系列的室内试验研究,重点研究了干湿循环效应下板岩填料的CBR和回弹模量变化特征。试验表明:板岩填料长期强度受干湿效应与风化作用衰减显著,其CBR和回弹模量随试样浸水时间增加逐渐降低,浸水6~7 d后趋于稳定;CBR与回弹模量随着干湿循环次数增加不断衰减,5次循环后趋于稳定,且干湿循环引起的强度衰减幅度要大于单次浸水。因此,建议采用5次干湿循环后CBR值作为板岩填料的长期强度指标。试验表明该类填料的长期稳定CBR值满足路堤填料强度要求。最后,给出了贵州地区高速公路板岩路堤典型结构,可为类似工程提供参考。     

季冻区路基土回弹模量影响因素分析

通过对黑龙江省内3条试验路段进行路基含水率调查,并选取黏性土、粉质土和砂性土3种有代表性的路基土,采用承载板法对所选土样进行室内回弹模量试验,分析其和含水率、压实度及冻融循环次数之间的关系.结果表明:3条试验路段路基平均含水率均大于最佳含水率;3种土样的回弹模量对含水率变化的敏感性非常大,都随含水率的升高而降低;土样回弹模量随压实度的降低而降低;冻融作用对土样回弹模量有衰减作用,但6次冻融之后,回弹模量值趋于稳定;3种变量对砂性土回弹模量的影响较黏性土和粉性土小.基于以上结论,建议对在用道路的排水设施及时进行检测及养护;在季冻区路面结构设计时,建议选取6次冻融之后的回弹模量作为路基强度设计值.     

干湿和冻融共同作用下压实黏性土回弹模量试验研究

以山东济南和黑龙江大庆的两种低塑性黏性土为研究对象,在不同围压、动偏应力、含水率和冻融循环次数条件下,开展两种压实黏性土动三轴试验确定其回弹模量M_R,研究季节性冻土区域干湿、冻融共同作用对天然路基土M_R的影响规律。试验结果表明：试样冻融循环次数越多、含水率高,围压对M_R的贡献越大。动偏应力有两种刚度效应,即动偏应力下因土体逐渐压实产生的刚度增强效应和动偏应力反复剪切造成的土体结构破坏而产生的刚度衰减效应。高塑性土体M_R对含水率变化较为敏感,但敏感性随冻融循环作用显著降低。两种土的M_R在前3次冻融循环中衰减明显,随着冻融循环次数的继续增加,M_R基本保持不变。     

干湿循环作用下云母片岩力学特性试验研究

针对鄂西北地区云母片岩,开展了干湿循环条件下云母片岩单轴压缩试验,研究了云母片岩强度与变形参数随干湿循环次数增加的变化规律。结果表明:随着干湿循环次数的增加,云母片岩强度、割线模量逐渐降低,泊松比变化较小,抗压强度、割线模量与循环次数分别呈对数、线性相关。干湿循环达到一定次数后,云母片岩被水完全浸透,致使强度和割线模量损伤出现拐点。     

碾压膨胀土波速变化规律及声波技术应用探讨

针对百色地区膨胀土,利用TH204非金属超声波测试系统,对以最佳含水率和塑限含水率为控制含水率下的碾压膨胀土进行声波测试,得到了等幅度干湿循环作用后的纵波速度的变化规律。试验研究结果表明,随着循环次数的增加,不同控制含水率下碾压膨胀土试件的平均纵波速度呈非线性衰减,其0～1次循环,衰减程度最大。循环幅度对膨胀土的波速衰减有较大的影响,循环幅度越大,纵波速度衰减越大。结合声波技术在岩体材料中的应用,探讨了声波技术在路基膨胀土中的应用问题。     

循环荷载下压实粉土的回弹模量试验研究

通过动三轴试验,分析了循环加载的偏应力幅值、试样的含水量和压实度对路基粉土的动态回弹模量影响规律,并以动偏应力和土体的物理状态参量建立了压实粉土的回弹模量预估方程。研究表明,压实粉土的回弹模量随动偏应力增加逐渐降低,对于变形强化试样存在一个"临界回弹模量",但对于破坏试样回弹模量则一直减小;压实粉土的回弹模量随含水量增加而降低,且当压实度越低、含水量越接近于饱和、而动应力水平又越高时,降低速率越快;粉土的回弹模量随压实度提高而增大。依据试验回归得到的压实粉土回弹模量预估模型,与试验结果相比拟合效果较好,可为路基模量设计值的取用与路面结构力学响应的计算提供依据。     

双向循环荷载作用下的膨胀土动力特性试验研究

以荆门重塑弱膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际受力状态,考虑围压、径向动应力幅值、含水量与振动次数等因素对土体动力特性的影响,开展同相双向循环动三轴试验。试验结果表明:双向循环荷载作用下,土体的动应力-应变曲线呈双曲线型,其动应变则随径向动应力的增加而减小;不同初始含水率膨胀土的动弹模量随围压增加而增大,受含水率的影响较大,随振动次数的增加呈衰减趋势并最终趋于一稳定值;且随着径向动应力水平的提高,动弹模量的衰减幅度呈显著增大特征;土体的阻尼比则随径向动应力的增加而增大,随含水量的降低而减小,随围压的增加而减小。     

路基土动态回弹模量预估进展与展望

路基动态回弹模量是路面结构设计的重要参数,而路基土回弹模量MR的预估是确定路基回弹模量的基础。基于此,总结分析国内外路基土动态回弹模量预估模型的主要成果,并根据预估模型变量的不同,将典型预估模型分成了3类:第1类(A类)是以应力为变量的预估模型;第2类(B类)是将基质吸力耦合到应力变量中的预估模型;第3类(C类)是将基质吸力作为独立应力变量的预估模型。进而,从每类模型中选取2个被广泛接受的代表性模型,并采用3种土样的重复加载动三轴试验数据,对各类模型的适用性和特点进行分析。结果表明:A类模型形式简单,考虑了体应力、偏应力、八面体剪应力等应力变量对路基土动态回弹模量的影响,但对路基湿度状态的反映仅体现在k1,k2,k3等模型参数中;B类模型是基于微观力学理论和热力学定律或基于Bishop非饱和土的有效应力原理提出的,若通过试验确定有效应力参数,成本高且设备不易操作,若通过经验公式来确定则误差较大;C类模型又分为将基质吸力作为应力的增量和乘积2种形式,增量形式导致MR随基质吸力的变化不受围压、循环偏应力的影响,与实际情况不符,而乘积形式可避免该现象的产生;建议采用乘积的形式来反映基质吸力对路基土动态回弹模量的贡献。此外,为提出适用于中国路基路面设计体系的路基土回弹模量预估模型,应在加载序列、基质吸力测试、预估模型构建、干湿循环影响等方面开展进一步研究。     

考虑基质吸力的石灰改良土回弹模量简化预测模型研究

针对两种路基石灰改良土,利用滤纸法获取了相应的土水特征曲线,并利用循环荷载三轴试验,测定了改良土在不同含水率、围压、动偏应力下的回弹模量,分析了基质吸力对回弹模量的影响规律,最终在土水特征曲线SWCC、饱和含水率回弹模量M_(Rsat)、最优含水率回弹模量M_(Ropt)的基础上,建立了考虑基质吸力影响的回弹模量简化预测模型。研究表明:石灰改良土的回弹模量与含水率、基质吸力、外部应力状态存在明显的非线性关系,简化模型与其他预测模型相比,建模过程更加简化,可在试验数据较少条件下达到类似的预测精度,为定量预测湿度和基质吸力对石灰改良土路基回弹模量的影响提供了更便捷的工具。     

不同含水率下应力级位对粘性土动回弹模量的影响

选取了一种土类,经过一系列的基础物性试验,判定为低液限粘土,将此类土作为试验土组,进行了动三轴试验,并对试验数据进行了分析.结果表明:在压实度一定,土样的含水率小于最佳含水率时,动态回弹模量对应力的敏感性较强,粘性土的动态回弹模量随着偏应力σd以及体应力θ的增加而增大;当含水率小于最佳含水率时,路基回弹模量值对体应力不敏感;当含水率大于最佳含水率时,路基土动态回弹模量值随着偏应力σd以及体应力θ的增加而急剧减小.     

不同湿度粘性路基土动态回弹预估研究

研究以滤纸法测量了粘性路基土基质吸力,获得了土水特性曲线。通过动三轴试验,研究了不同含水量下粘性路基土动态回弹模量,并于试验后以滤纸法测量土样的基质吸力,并探讨了粘性路基土动态回弹模量与基质吸力的关系。研究表明,粘性路基土动态回弹模量随循环偏应力和含水量的增大而减小,随基质吸力的增大而增大。鉴于动态回弹模量是偏应力和体应力的函数,在现有偏应力和体应力为变量的三参数复合模型基础上引人基质吸力的影响,进而提出综合反映湿度和应力状态的动态回弹模量预估模型。通过对试验数据进行回归分析,结果表明所选模型具有较高的决定系,证明所选综合考虑应力和湿度影响的模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立,不仅为南方多雨地区评价路基土在环境和交通荷载作用下长期性能提供了依据,也为基于动力学的路面结构设计提供了参数。     

细粒类路基土动态回弹模量试验与本构关系模型

选用砂土、粉土和黏土三种具有代表性的路基土，对不同含水率和压实度下的路基土进行动态回弹模量试验。结果表明：动态回弹模量随围压的增大而增大，随偏应力的增加而减小，受围压的影响更为显著；随含水率的增大而减小，随压实度的增大而增大，受含水率的影响更为显著。采用美国路面结构力学——经验法设计指南所推荐的模型形式为基础，选用塑性指数、CBR、含水率、压实度、偏应力和围压等作为考虑因素，建立了具有较高精度和适用性的路基土动态回弹模量预估模型，可为沥青路面结构设计及路面结构的非线性分析提供参考。     

废旧橡胶轮胎颗粒-水泥改性强膨胀土的长期路用性能研究

为研究废旧橡胶轮胎(WRT)颗粒联合水泥改性强膨胀土作为路基填料的长期力学性能，采用不同掺量(3%、6%)的WRT颗粒联合水泥(3%),对广西宁明强膨胀土进行改性处理。对改性前后的试样开展扫描电镜(SEM)、核磁共振(NMR)等微观试验，对经历干湿循环作用后的改性膨胀土试样开展动、静三轴等宏观试验，测定其动回弹模量M_R及固结不排水抗剪强度，着重研究了干湿循环次数和WRT颗粒掺量对改性后强膨胀土路用力学特性的影响。结果表明：(1)改性膨胀土由于水泥的水化反应产生颗粒团聚作用，加之WRT颗粒的掺入，使其大孔隙增加，结构密实度降低；(2)WRT颗粒掺量一定时，随着干湿循环次数的增加，改性膨胀土的动回弹模量M_R表现出先增大后大幅减小的特点，其剪切破坏形态由塑性破坏向脆性破坏转变，应力～应变曲线由应变硬化型逐渐转化为应变软化型，抗剪强度有所增大；(3)M_R随着WRT颗粒掺量的增加而降低，但随围压σ_c的增加而增大，抗剪强度随WRT颗粒掺量的增加而下降。     

沥青混合料劈裂疲劳过程刚度衰减及路面模拟分析

为研究沥青混合料在使用过程中材料属性的变化规律,选择典型路面结构为载体探讨沥青混合料刚度衰减规律及衰减后路面力学状态。以AC-13C、AC-20C、AC-25C沥青混合料为研究对象,设计劈裂强度试验、劈裂疲劳试验得到其疲劳寿命。通过定义沥青混合料不同损伤程度D(0%、20%、40%、50%、60%、80%)及寿命比S,得出各疲劳损伤程度下沥青混合料疲劳作用次数。通过类比沥青混合料抗压回弹模量测试方法,提出了测定疲劳损伤后的劈裂回弹模量测试方法,导出劈裂刚度模量E的表达式;建立随疲劳损伤过程沥青混合料刚度衰减规律。通过ABAQUS有限元法模拟路面结构层和受力状况,将不同损伤程度刚度模量赋值于路面层状模型中,导出上面层竖向位移和下面层层底拉应力参数。结果表明:随着使用过程疲劳损伤不断累积,沥青混合料能刚度模量不断衰减;并且随刚度衰减,面层层底拉应力增加上面层抵抗变形能力下降而变形增加。     

变温度区间冻融循环下石灰改良路基土回弹模量衰减规律及原因解析

针对路基冻融界面处土体受到不同冻融温度作用影响,进行了变温度区间冻融循环下石灰改良土回弹模量的室内试验.试验结果表明,回弹模量随着含水率的增加而降低,随冻融循环次数的增加而逐渐下降,至6次循环时基本稳定;随着冻融循环低温下限温度的逐渐降低,其回弹模量衰减率逐渐增大,当温度降至-9℃时,冻融后回弹模量衰减率不再发生变化,主要原因是由于-9℃～0℃是土中水发生相变的过渡温区,土中水冻结比例随温度下限下降逐渐升高,对土体结构产生影响逐渐加大所致.     

压实度及含水率对路基回弹模量影响规律研究

以湖南省某高速公路路基红黏土为研究对象,采用静压成型方法制作不同压实度、含水率的标准试件,采用室内承载板法进行路基回弹模量测试,分析了压实度及含水率对路基回弹模量的影响规律。研究表明,路基回弹模量随路基压实度的降低而降低,随含水率的增加而降低;随着压实度的增加,路基回弹模量增加幅度逐渐降低;而随着含水率的升高,路基回弹模量降低幅度呈先减小后增大的趋势;路基含水率对路基回弹模量的影响比路基压实度对路基回弹模量的影响大,压实度一定时,含水率每增加2%,路基回弹模量降低10~15 MPa;含水率一定时,路基压实度每降低2%,路基回弹模量降低3~7 MPa。     

动态回弹模量滞回曲线形态参数研究

动态回弹模量的滞回曲线是动态加载作用下混合料的荷载和变形曲线,可反映沥青混合料内部应力应变状态随荷载和温度等的演变规律。基于黏弹理论可确定滞回曲线的3种形态参数:长轴斜率k、椭圆离心率e、滞回曲线面积S,分别表征沥青混合料的动态回弹模量、黏滞性及耗散能。并由此进行不同温度、荷载的动态回弹模量试验,结果发现:随温度升高SBS与70#沥青混合料形态参数存在较大差异,且其变化曲线均在15~20℃出现明显拐点;随荷载级位变大k,S呈一定的变化规律但e值基本不变。表明:(1)相对级配而言,沥青品质对混合料性能影响更大,而黏滞性与荷载大小无关;(2)在15~20℃间沥青混合料的力学性能差异较大,对温度的敏感性较高;(3)不同的滞回曲线形态参数取值体现了沥青混合料间的性能差异,可以采用3种形态参数对沥青混合料的黏滞性、耐疲劳性等基本力学性能进行评价。最后,基于试验曲线的变化规律,建立了回弹模量的应力依赖性模型,可反映不同应力水平条件下沥青混合料的响应行为,且预测结果较接近真实状态;基于Miner线性损伤准则,推导了变荷载累积耗散能预估方程,并建立了基于能量耗散理论的疲劳方程,可以通过动态模量试验得到的形态参数S对混合料疲劳性能进行预测。