动荷载作用下多年冻土塑性形变规律研究

发布时间：2020-10-16 11:15

　　 在全球气候变暖、青藏高原多年冻土自体稳定性退化、交通工程大力兴建及区域地震活跃的背景下,多年冻土动力塑性形变特性,是理解其应力响应性态的关键,也是当前冻土工程和岩土工程研究方向的所需解决的问题。青藏高原地区和周边地区由于处于高海拔地区,接受太阳辐射能量比其它低海拔地区多、加之同时受温室效应影响要比高纬度多年冻土退化严重。由于青藏高原及周边是地震活跃地区,考虑静力荷载、动力荷载和偶发地震荷载多年冻土塑性形变特性的变化特征,本文开展了不同温度、不同含水率和不同围压的室内三轴试验研究,同时结合三轴试验土体物理力学参数,建立多年冻土场地模型,研究多年冻土塑性形变特性及其衍生规律,最后选取青藏高原北麓河地区典型铁路路基,基于场地模型计算结果,揭示了典型铁路路基地温退化过程中路基周边的塑性变形特征。主要取得了如下研究成果:(1)对粉砂土重塑制样进行三轴试验,得到了多种温度、不同含水率和不同围压条件下的动弹性模量、内摩擦角和粘聚力等物理量随温度和含水率的变化规律,并为场地模型计算提供了参数依据。结果表明:多年冻土抗剪强度随温度降低呈线性变化关系、随含水量升高呈正弦函数关系变化;多年冻土动弹性模量随温度降低呈线性变化关系、高温不稳定冻土(-0.5℃、-1℃和-2℃)随含水量升高变化呈正弦函数关系,低温稳定冻土(-3℃和-5℃)随含水量升高呈指数关系。(2)天然地震荷载作用下理想多年冻土场地,同一含水率条件下随着地温降低理想多年冻土场地塑性形变越来越小;12%含水率条件下多年冻土塑性形变在同一温度条件下大于9%和15%含水率理想多年冻土场地塑性形变,但-5℃时12%含水率理想多年冻土场地塑性形变大于15%和9%含水率理想多年冻土场地塑性形变。(3)动荷载作用下重塑土试样和天然地震作用下理想多年冻土场地各含水率条件随温度降低塑性应变服从线性关系。结果表明,数值计算得到的多年冻土塑性形变规律与室内实验的结果相一致,室内实验得到的变形较理想场地的为大,说明用数值模拟的方法对动荷载作用下多年冻土场地塑性形变规律进行研究是可行的。(4)北麓河地区典型多年冻土路基,同一含水率条件下多年冻土路基在-1℃塑性形变最大;而-1℃条件下,9%含水率时在路基中心及左、右坡脚处塑性形变均最大,可达1.89cm;-2℃条件下,同一含水率多年冻土路基塑性形变较-1℃为小。结果表明,在高温不稳定冻土存在条件下,发生Ⅷ烈度地震时,会对多年冻土铁路路基造成损害,并对列车安全运行产生威胁。
【学位单位】：中国地震局兰州地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P642.14
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 主要研究内容与章节安排
    1.4 研究技术路线
第二章 动荷载作用下多年冻土随温度和含水率塑性形变规律..
    2.1 实验仪器和试验方案
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 试验方案
    2.2 土样制备以及试样参数
        2.2.1 土样制备
        2.2.2 试样参数
    2.3 动荷载作用下多年冻土塑性形变规律研究
        2.3.1 多年冻土剪切强度
        2.3.2 含水率和温度影响下多年冻土动弹性模量变化规律
        2.3.3 含水率影响下多年冻土塑性形变规律
        2.3.4 温度影响下多年冻土塑性形变规律
    2.4 小结
第三章 天然地震作用下理想多年冻土场地塑性形变规律
    3.1 数值方法
    3.2 地震波介绍
    3.3 理想多年冻土场地模型建立
        3.3.1 理想多年冻土场地横断面设计
        3.3.2 土层参数及计算模型数据提取
    3.4 理想多年冻土场地塑性应变数据分析
        3.4.1 理想多年冻土场地地震荷载响应下塑性形变分析
        3.4.2 温度和含水率对塑性应变的影响规律
        3.4.3 与室内形变数据的比较分析
    3.5 小结
第四章 北麓河地区典型铁路路基塑性形变特征
    4.1 路基段面选取及建立路基模型的影响因素
    4.2 路基模型及路基土层参数
        4.2.1 路基模型网格划分
        4.2.2 模型力学参数及地震波输入
    4.3 北麓河典型多年冻土铁路路基塑性形变规律
        4.3.1 9 %含水率多年冻土铁路路基塑性形变特性
        4.3.2 12 %含水率多年冻土铁路路基塑性形变特性
        4.3.3 15 %含水率多年冻土铁路路基塑性形变特性
    4.4 小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介

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本文编号：2843179