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。     

动三轴CT条件下粗粒土填料的力学特性与细观力学性能分析

在多重环境因素长期作用下,粗粒土路基填料的动力特性会发生改变,目前对不同荷载频率、压实度及含水率下粗粒土填料的长期稳定性能尚缺乏统一认识。为了研究以上因素作用下粗粒土填料长期动力特性,采用大型动静三轴仪器开展粗粒土填料的三轴试验,同时运用工业CT对三轴试验前后2个阶段的试样进行断层扫描,分析不同荷载频率、压实度及含水率对粗粒土填料动力特征与损伤演化的影响规律。研究结果表明：循环荷载达到1 000次之前,为粗粒土填料颗粒之间的挤密阶段,以颗粒间的挤密压缩为主,横向膨胀为辅,颗粒间压缩挤密引起的密度增加量远大于试样横向膨胀变形引起的密度减小量;当循环荷载增加到1 000次以后,试样横向变形引起的密度减小量迅速增大,而由颗粒间压缩挤密引起的密度增加量减缓,并在之后阶段表现出稳定状态,试样从应变软化型向应变硬化型转变;荷载频率越高,试样表现出的回弹模量越大;高频率作用下应力-应变滞回圈曲线近似为线性,试样在高频率下其泊松比有所下降,材料的动能损耗降低;随着三轴试验的进行,横剖面局部颗粒受挤压程度增加,最终状态下扫描层内的CT值存在差异性,试样颗粒在循环荷载作用下存在挤密、错动、融合的现象。     

循环荷载作用下软土动力特性试验研究

为研究循环荷载作用引起的软土动力特性变化及由此导致的地基承载力不足等问题,以营口软土为研究对象,通过动三轴试验,研究了动应力幅值、固结围压、固结比、振动频率和振动次数对软土动力特性的影响.试验结果表明:营口软土具有明显的结构性,其动应变-振动次数(εd-lg N)曲线和动骨干曲线存在明显的应变转折点,超过此应变转折点后,土体变形迅速增加;动强度随固结围压的增加而增大,固结比和振动频率对软土动强度的影响却并非简单的一致增大或减小;动弹性模量随固结围压、固结比和振动频率的增加而增大,而动阻尼比则随着固结围压和固结比的增加而减小,随振动频率的增加而增大.     

循环荷载作用下风积沙的ε_p-N曲线特性和动强度试验研究

针对新疆三岔口-莎车高速公路某取土场的风积沙,采用重塑试样,进行围压为10、20和30kPa的动三轴试验,得出风积沙在循环荷载作用下的ε_p-N关系曲线。试验结果表明:动应力幅值不同时,ε_p-N关系曲线可分为3种类型:衰减型、临界型和破坏型。以累积塑性应变为破坏标准,得到风积沙的动强度,发现风积沙的动强度随着围压的增加而增大,随着动荷载循环次数的增加而减小。在试验分析的基础上提出动强度与荷载循环次数指数曲线模型,计算得到不同荷载循环次数和不同围压时风积沙的动强度。     

榆佳高速公路石灰稳定土极限动力特性研究

为了获取石灰稳定土在极限状态下的动力学特性,在榆佳高速公路佳县某路段采取扰动土样,进行标准击实试验,制作标准重塑试件,利用DDS-70循环三轴试验系统,测试了动应力幅值为100、150、190、200 kPa,围压为25、50、75 kPa,含水量为26.0％、21％、18％,循环次数为2 000、5 000次,固结比为2.0、振动频率为3 Hz、5 Hz的条件下石灰土的动应力—应变关系.试验表明:在动荷载作用下,石灰土失稳破坏前的永久变形难以达到动强度判别标准所要求的应变值,采用临界动应力才能表征石灰土产生失稳变形的性状.石灰土的临界动应力范围值界定为190～200 kPa.含水量与振动频率对所研究的石灰土临界动应力影响较小,但随着含水量的增大和振动频率的增加,石灰土的临界动应力总体上有减小的趋势,趋近于上述确定范围的下限值190 kPa.这些值可以作为榆佳高速公路石灰稳定土的动力设计参考值.     

位移幅值对砾石-格栅界面循环剪切特性的影响

由于加筋土结构经常受到动荷载的作用，因此筋土界面的动力剪切性能也越来越受到重视；但目前筋土界面的动力剪切试验往往循环次数很少，一般只有10多次，不能充分反映筋土界面的动力相互作用。采用大型动态直剪仪，在剪切位移幅值分别为1、2、4、6 mm时，对砾石-格栅界面进行了2 000次水平循环直剪试验，分析了剪切位移幅值对筋土界面剪切应力、竖向位移以及颗粒破碎的影响，揭示了筋土界面相互作用的机理。结果表明：在循环剪切过程中，界面平均峰值剪切应力先增加后减小；剪切位移幅值越大，达到界面峰值强度所需的循环次数越少，而达到界面残余强度所需的循环次数越多，较大的剪切位移幅值会使得砾石-格栅界面的剪切应力衰减现象更显著；随着剪切位移幅值的增大，试样最终剪缩量增大，但试样最终剪缩量增量逐渐减小；随着剪切位移幅值增大，界面剪切刚度逐渐减小，界面阻尼比却逐渐增大；通过对循环剪切试验后的砾石颗粒各粒组含量进行分析，发现剪切位移幅值越大，颗粒的相对破碎率也越大，相对颗粒破碎率与剪切位移幅值呈较好的对数关系，并与试验结果吻合较好。     

P5含量对路基粗粒土动力特性影响规律试验研究

为了研究P_5含量对粗粒土动力特性的影响,开展不同P_5含量粗粒土的大型振动三轴试验。试验结果表明:当P_5=10%～70%时,增加P_5含量能显著增大试样最大动弹性模量,P_5含量从50%增至70%时,最大动弹性模量增长26.2%。当P_5=70%～90%时,最大动弹性模量呈下降趋势。试样最终轴向累积应变,最大阻尼比随P_5含量增加先减小后增大,在P_5=70%时达到最小值。在振次N=1 000次以前试样完成大部分变形累积,且轴向累积应变增长速率不断减小;在振次N1 000次以后,轴向累积应变增长速率保持在一个较低水平,试样只有很小的累积变形,曲线趋于稳定,表明试样在该级荷载下处于稳定状态,其动力响应也趋于弹性。     

掺土煤矸石的动力特性试验研究

为了研究掺土煤矸石作为高速公路路基填料的适用性,对掺土比例分别为2:1、3:1和4:1的煤矸石进行动强度、动应变、阻尼比及循环荷载作用下的动力特性试验研究.结果表明,掺土后煤矸石的动弹模量较掺土前有不同程度的提高,其中以4:1掺土煤矸石最为显著.煤矸石在动荷载作用下的动应力-应变关系具有明显的非线性特征,阻尼随动应变的增加而增加.     

钢网面板加筋土挡墙动力特性试验的变形研究

基于泥质红砂岩粗粒土填料，采用MTS分别模拟地震荷载、交通荷载、加-卸载多循环荷载进行大尺寸模型试验，研究了钢网面板土工格栅加筋土挡墙在上述荷载作用下的动力特性，获得了不同峰值的水平地震激励下模型挡墙不同位置的水平动位移、竖向动位移峰值响应等实测值；采用不同频率、不同幅值的竖向交通荷载正交试验法，获得了该模型挡墙在重复荷载作用下的最大水平变形、最大沉降量及位置等动力特性参数值；通过7种荷载、21组加卸载循环试验，获得了加一卸载多循环荷载作用下的实测沉降值。试验结果表明：该加筋结构具有整体变形的特性，是优良的抗震结构，能承受抗震设防烈度为9度的地震荷载；同时该加筋结构具有良好的稳定性和抗破坏性，重复荷载的幅值和振动次数对结构动力变形特性的影响较大，而振动频率对变形特性的影响不显著；多循环荷载作用下该加筋结构能够明显减小不均匀沉降。过长的筋材并不能明显地改善加筋土挡墙的动力特性。     

反复湿化和动载作用下路基红黏土累积变形特性研究

针对南方湿热地区红黏土路基受干湿交替环境和行车荷载往复作用而出现过大附加沉降的问题,为揭示反复湿化和动载联合作用下路基红黏土的累积变形演变规律,采用喷雾加湿和暖风干燥的方法对压实红黏土试样进行定量增湿与脱湿,制备了4个不同湿化幅度和5种不同湿化次数的试样,并通过动三轴试验测试了湿化幅度、湿化次数和动应力幅值对累积变形的影响。研究结果表明:累积塑性应变随湿化幅度的增加呈非线性增大,存在临界湿化幅度为1.5%,超此幅值时累积应变成倍增加;试样经历初次湿化时,即从0次到1次,累积应变增幅较大,第2次和第3次时增幅放缓,而进行到第4次时,累积应变增幅又变大;动应力较小时,累积应变在较少振动次数下趋于稳定,而当动应力超过临界动应力水平,试样累积应变迅速增长直至破坏,且动应力对累积塑性应变的影响随着反复湿化幅度和次数的增加而增大;累积应变状态受湿化幅度、湿化次数和动应力幅值的耦合影响,从塑性安定型演变为增量破坏型,其典型滞回曲线形状由从疏到密变化到从密到疏,面积越来越大。最后基于试验加载结束时累积应变的幂函数变化规律,以湿化幅度、湿化次数和动应力幅值为变量,建立了动力湿化应变的预测模型,可用于实际工程常出现的稳定型累积应变状态的湿化变形预测。     

循环三轴颗粒流模拟中细观阻尼系数影响分析

利用颗粒流软件PFC2D对粉土开展了基本力学特性模拟,并通过应变控制模式对粉土循环加载下动力性质进行了颗粒流模拟。随着颗粒流细观阻尼系数上升,滞回圈形态逐渐由狭长状趋于饱满,偏应力峰值也逐渐增大。当阻尼系数在0.5~0.8范围内,相同偏应变幅值条件下试样偏应力峰值近似成线性增长。但较高偏应变幅值水平下,细观阻尼系数对动力特性发展形式的影响较小。另外,采用能量分析对循环荷载在颗粒系统中能量耗散的限制性进行了说明,并推导了颗粒流中细观阻尼系数一定程度上决定了颗粒系统对外荷载作用所传递能量的耗散程度,从而直接影响到试样应力应变的发展规律。     

察尔汗盐湖地区过盐渍土动剪切模量与阻尼比试验研究

针对交通循环荷载作用下过盐渍土动剪切模量和阻尼比的研究尚显不足的情况,基于GDS双向动态三轴伺服系统,对察尔汗盐湖地区过盐渍土动剪切模量和阻尼比的影响因素进行研究。研究结果表明:(1)动剪切模量随着动应变的增加而减小,加载初期减小速率较快,后期减小速率逐渐趋于平稳;(2)动剪切模量随着围压、冻融循环次数、振动频率的增加而增加,且增大幅值随动应变的增大逐渐减小;(3)阻尼比随着动应变的增加而减小,减小速度先快后慢,在动应变较小时曲线较陡,而超过某一动应变后,曲线逐渐平缓;(4)在较小动应变时,围压、振动频率对过盐渍土阻尼比的影响并不显著,在较大动应变作用下阻尼比随着围压和振动频率的增加而逐渐减小,但随冻融循环次数变化的规律不明显。     

冻融循环作用下黄泛区饱和含盐粉土动力性能及细观损伤演化规律

山东省黄泛区地处季节性冻土区,当地大量采用含盐粉土修筑公路路基,冻融循环作用后路基土动力性能受损,在车辆荷载作用下会发生路基翻浆病害。为研究冻融作用、盐分含量对饱和路基粉土动力性能及细观结构特征的影响,针对不同含盐量粉土开展有侧限封闭冻融试验,采用振动三轴试验测试多次冻融作用后解冻状态土样的骨架曲线、动模量和动阻尼比,同时采用核磁共振技术测试经历多次冻融循环后解冻状态饱和土样的横向驰豫时间T₂谱曲线。研究结果表明：冻融作用后动应力幅值与动应变幅值之间符合修正的Hardin-Drnevich模型,当冻融6次后骨架曲线趋于稳定;初始动模量损伤度随冻融循环次数呈双曲线型增大,氯化盐含量小于12%时,随含盐量增加初始动模量损伤度呈线性增大;阻尼比随动应变幅值增大增加明显,随盐分含量、冻融次数增加而增大;随冻融次数增多,T₂谱曲线主峰信号强度幅值减小,同时会产生横向驰豫时间长的波峰;T₂级配曲线趋于连续光滑,形态趋于相似,不均匀系数和曲率系数趋于稳定;无盐粉土T₂级配曲线的不均匀系数逐渐减小,并约稳定于5.6,曲率系数先减小后增大,并约稳定于0.986;当经历冻融6次后,随含盐量增加,T₂级配曲线不均匀系数先增大后减小,曲率系数先减小后增大。     

煤渣改良土的阻尼比影响因素试验研究

为研究循环荷载给煤渣改良土阻尼比带来的影响,利用GDS动态三轴测试系统对不同围压及频率下的煤渣改良土进行了动三轴试验,获得了煤渣掺量、围压及频率对改良土阻尼比的影响规律。根据影响形式的不同,借助修正的Hardin-Drnevich模型建立了阻尼比的增长模型,并确定了模型中各参数的物理意义。试验结果表明:随着荷载作用次数的增加,各组改良土试样的滞回曲线均逐渐由开口型向闭合型过度,滞回曲线所围成的面积也逐渐减小;改良土滞回曲线所围成的面积随煤渣掺量的增加而逐渐增加,曲线的不闭合程度逐渐增大;当煤渣掺量及加载频率一定时,随着围压的增大,滞回曲线所围成的面积逐渐减小;当煤渣掺量与围压一定时,随频率的增加,改良土滞回曲线围成的面积逐渐减小,低频的作用较为明显;随着动应变的增大,改良土的阻尼比也逐渐增大,其增长速率出现先增大后减小的变化规律;煤渣掺量及围压是最大阻尼比的主要影响因素,随着煤渣掺量的增加,改良土的阻尼比逐渐增大,而围压的影响与之相反;频率主要影响阻尼比的增加速率且低频的影响较为突出。借助修正的Hardin-Drnevich模型所建立的阻尼比增长模型能够较好地反映阻尼比在加载过程中的变化趋势,具有较高的精度,可以为类似工程提供参考。     

膨胀土与改性膨胀土累积塑性应变及动力特性

结合成都绕城路膨胀土路基处治项目,利用动三轴试验研究膨胀土及改性膨胀土在重复荷载作用下的永久变形及动力特性。分析不同围压下弹性应变、累积塑性应变和动应变与荷载重复作用次数之间的关系,在log log坐标系中比在普通坐标系中能更好地区分累积塑性应变的三个阶段。比较了膨胀土与改性膨胀土的动力特性(如动弹性模量、动粘聚力、动摩擦角、阻尼比等),经改性后的膨胀土其力学特性得到了明显增强。     

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。     

粗粒土颗粒接触特性对路基动应力衰减影响研究

粗粒土作为一种典型的不均匀散粒体材料,其力学性质较为复杂,常需要从细观角度研究其宏观力学特性,颗粒细观接触特性可直接反映粗粒土强度及其力学性能,目前对接触特性参数影响的研究多集中于表征其强度特性,对其外荷载作用下的动力响应特性研究较少。基于此,采用颗粒离散单元法,建立粗粒土路基冲击应力加载数值分析模型,研究不同颗粒接触特性参数与动应力衰减规律间的关系,分析颗粒摩擦系数,颗粒间接触刚度对粗粒土动应力衰减的影响。结果表明:随着颗粒摩擦系数的增加,应力衰减的速率也随之增大;颗粒接触刚度越高,其对应力敏感性越强,越不易被压实,其内部应力传递越不均匀,且应力衰减越慢,整体趋势呈指数衰减。通过实际动应力加载试验,验证了数值分析结果的准确性,相同条件下,实际试验结果与数值分析结果相近。     

基于ANSYS的高速公路路基动力响应特性模拟分析

以京化（北京-阳原县化稍营）高速公路二期路基工程为研究对象,借助非线性有限元数值分析软件AN-SYS进行了数值仿真模拟,研究分析车辆动荷载作用下路基的动力特性。结果表明：车辆动荷载作用下,路基动应力随深度的增加而呈衰减趋势;车辆动荷载对路基竖向动应力值σy影响较大,而水平向动应力值σx影响相对较小;车速差异对路基动应力值影响显著;动应力值沿水平方向衰减较快,其传递距离存在一定的范围。     

循环荷载作用下榆佳高速公路石灰稳定土的动力特性研究

石灰在榆佳高速公路某路段用来处理黄土路基的湿陷性.为了准确获取路基石灰稳定土在车辆荷载作用下的动力学参数,采取扰动土样,进行标准击实试验,制作标准重塑试件,利用DDS-70循环三轴试验系统,测试了1 Hz、2 Hz、3 Hz和5 Hz振动频率(固结比2.0,含水量26.0％、21％、13％,围压50 kPa),1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0固结比(围压50 kPa,振动频率3 Hz),100、150、190、200 kPa动应力幅值(固结比2.0,含水量26.0％、21％、13％,围压75 kPa,循环次数5 000次,振动频率3 Hz)等条件下石灰土的动应力—应变关系.试验表明:石灰土的阻尼比随着频率的增加而增加,动弹模量对频率不敏感;石灰土的阻尼比随着固结比的增加而减小,动弹模量则与固结比正相关;随着振动次数的增加土体动弹模量会有减小的趋势,但这种趋势会随着含水量的降低和动应力的减小而持续减弱.     

低路堤路基动力特性及长期性能技术措施研究

为探索高速公路交通荷载与降雨环境耦合作用下低路堤复杂的动力特性及长期性能保障技术措施,依托浙江省某低路堤高速公路为工程背景,结合现场埋深元件测试获取动应力、加速度、动位移等数据,分析了不同轴重和车速等条件下路基的动力特性差异,具体包括动力指标量值和竖向影响深度;考虑降雨环境对高速公路服役期路基动力特性影响,借助ABAQUS有限元分析软件建立"降雨环境-交通荷载-路基"三维数值模型,分析了降雨强度对路基服役期动力特性影响,具体包括中雨(1.25 mm/h)、大雨(2.5 mm/h)和大暴雨(10 mm/h)3类工况;考虑平原水网区低路堤高速公路受交通荷载和降雨环境长期耦合作用,结合路基填料设计、排水系统优化等角度,探讨了保障低路堤路基长期动力稳定性能的技术措施。结果表明:不同荷载条件下路基动应力、加速度和动位移存在差异,但沿路基深度均呈衰减趋势;动应力幅值与轴重成正相关,轴重20 t车辆的动应力幅值约为50 k Pa,约为轴重5 t车辆的动应力幅值的7~10倍;相对轴重10 t车辆荷载条件下,速度对动位移影响更大,轴重20 t车辆荷载条件对应动位移约0.60~1.02 mm;相比干燥路基状态,中雨、大雨和大暴雨降雨强度下路基动应力值提高约为3%~15%;合理路基填料设计可以提高低路堤刚度和强度,而完善的排水系统可降低交通荷载与降雨叠加引起的动力响应程度,均可在一定程度达到保障低路堤长期动力稳定的目的。