交通荷载引起的多向耦合应力路径下软粘土变形特性研究

发布时间：2020-03-23 12:16

【摘要】：我国东南沿海地区分布着广泛深厚的饱和软粘土,在软粘土地基上建立的高速公路、铁路、机场跑道等交通工程,在路堤静荷载的静力作用和交通荷载循环反复的动力作用下引起了地基土应变累积、强度下降、过大变形和失稳等一系列问题严重威胁着人民的财产与生命安全。因此,迫切需要研究有效的控制软粘土地基的沉降技术,提高交通工程的长期服役性能,减少国民生产损失。本文通过ABAQUS有限元软件对交通荷载作用下的软粘土地基进行深入的应力分析,然后通过温州原状软粘土制备的重塑软粘土制备空心圆柱试样,采用GDS空心圆柱系统对其展开了一系列交通荷载应力路径下的动力特性试验研究,完成了以下工作和成果:针对交通荷载作用下软粘土地基的真实应力状态,通过ABAQUS有限元软件建立三维路面—路基—地基模型,模拟交通荷载对路面施加静荷载和动荷载用来得到路基土中的应力状态。对于车辆完整驶过地基土中某一单元体,其竖向应力的变化情况呈现为半正弦波,水平应力表现为先上升后下降到0,在从0上升在下降的趋势,而剪切力则表现为一个完整的正弦波,竖向应力的变化呈现出与荷载大小线性相关的性质,并且得到了不同深度应力比值,进一步确定试验方案。基于ABAQUS有限元软件研究的结果,开展了从易到复杂交通荷载应力路径的试验研究,结果表明无论是循环三轴试验、循环扭剪试验、循环围压试验和多向应力耦合循环试验,试样的应变,累积孔压,回弹应变随着CSR的增大而增大,回弹模量则与CSR负相关,多向应力耦合循环试验中试样的应变,累积孔压随tη和dη增大而增大,同时剪应力为0时,试验的应变和累积孔压存在特殊情况。并在考虑应力耦合的试验中对考虑tη变化和dη变化的试样建立了长期循环荷载作用下累积应变经验方程。考虑荷载频率这一因素,分别在三种频率下(f=1,0.1,0.01)进行了循环扭剪试验,循环围压试验和多向应力耦合循环试验,对不同频率不同应力路径试样的应变,累积孔压,回弹特性进行了深入分析,低频情况下加剧了试样应变和累积孔压的增长,回弹特性则根据试样应力路径不同需分情况进行讨论。
【图文】：

变化图,交通荷载,应力分量,单元体

图 1-1 交通荷载作用引起的土单元体应力分量变化图图 1-2 交通荷载作用下地基土所受的应力路径的室内试验多借助单向或者双向循环动三轴试验模受力的循环变载特性。Muhanna[18]对软粘土进行动永久变形与荷载作用的循环圈数正相关，累积永久

交通荷载,动三轴试验,应力路径,室内试验

-4-图 1-2 交通荷载作用下地基土所受的应力路径前开展的室内试验多借助单向或者双向循环动三轴试验模拟交通单元体受力的循环变载特性。Muhanna[18]对软粘土进行动三轴循试样的永久变形与荷载作用的循环圈数正相关，累积永久变形量增大而增加，，当应力水平相同时，累积永久变形量随试样的含水。颖平[19,20]对不同状态和不同原料的软粘土进行排水三轴试验，试样的破坏存在明显的转折点，施加的动应力幅值不同，转折点。并在此基础上进一步研究发现软粘土变形规律受固结应力水平
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.1

【参考文献】