车辆荷载作用下上覆硬壳层软土路基动应力响应特征

发布时间：2017-09-03 23:34

  本文关键词：车辆荷载作用下上覆硬壳层软土路基动应力响应特征

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【摘要】：充分发挥和挖掘硬壳层的“壳体效应”对路基工程具有十分重要的工程应用价值,目前有关上覆硬壳层软土路基的研究多集中在静力范畴,随着高速、超重车载的出现,研究车辆荷载作用下路基的动力特性显得尤为重要。首先通过有限差分软件FLAC3D建立了车辆荷载作用下上覆硬壳层软土路基的数值计算模型,研究了硬、软土层的动应力传播规律,分析了硬壳层特性、行车速度对动应力扩散的影响,得到了初步的结论。以应力波理论为基础,从硬壳层和下卧软土层波阻抗具有明显差异角度,通过透射系数揭示了硬、软土层界面处的动应力突变现象。通过数值模拟获得竖向动应力峰值的衰减规律,推导得出一种能综合表征动应力突变规律的土层界面传递系数,并给出了相应的计算方法及应用范围。通过实测数据验证,较已有方法具有过程简单、精度高等特点。进行了车辆荷载作用下硬壳层软土路基室内模型试验,利用水泥土研究了硬壳层的特性,设计了正交试验方案从试验角度进一步验证了不同因素对硬壳层应力扩散效应的影响。并分析了硬壳层厚度、弹性模量、车重、行车速度对动应力影响程度的大小。在利用数值模拟技术获得路基土动应力衰减规律的基础上,反演得出土体能量吸收系数,依据数据拟合结果,与模型比例k符合负指数函数关系,构建出能够揭示均质土体尺寸效应的数学表达式。推导得出以土层界面能量吸收系数为表征参量的尺寸效应方程,并给出了待定系数的取值范围,揭示了土层界面过渡段的尺寸效应响应规律。
【关键词】：道路工程 硬壳层 室内模型试验 数值模拟 尺寸效应 动力响应
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 研究现状11-16
• 1.2.1 应力扩散的研究12-13
• 1.2.2 车辆荷载作用下路基土动应力响应的理论方法13
• 1.2.3 车辆荷载作用下路基动应力响应室内模型试验方法13-15
• 1.2.4 车辆荷载作用下路基土动应力响应数值模拟15-16
• 1.3 主要研究内容及技术路线16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 第2章动应力响应的数值模拟研究18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 车辆荷载的特性18-19
• 2.3 车辆荷载的简化19-21
• 2.4 数值模型的建立21-25
• 2.5 数据分析25-31
• 2.5.1 动应力的传播规律25-27
• 2.5.2 硬壳层特性对动应力扩散的影响27-30
• 2.5.3 行车速度对动应力传递的影响30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章动应力响应理论分析及工程应用32-43
• 3.1 应力波理论及其发展32-33
• 3.2 透射系数法的应用及其假定33
• 3.3 透射系数的计算33-36
• 3.4 动应力土层界面传递系数36-40
• 3.4.1 公式推导37-39
• 3.4.2 数据验证与分析39-40
• 3.5 土体动力性状评估与残余变形预测及其工程应用40-42
• 3.5.1 公式推导40-41
• 3.5.2 工程应用41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章室内小比例模型试验43-69
• 4.1 试验目的和试验方案43-46
• 4.1.1 试验目的43
• 4.1.2 试验方案设计43-46
• 4.2 试验材料和试验设备46-47
• 4.2.1 试验设备46
• 4.2.2 试验土样46-47
• 4.3 试验过程47-50
• 4.3.1 土样准备47-48
• 4.3.2 测试过程48-49
• 4.3.3 试验控制要点49-50
• 4.4 数据分析50-59
• 4.4.1 车辆荷载作用下上覆硬壳层软土路基中的动应力特征50-51
• 4.4.2 速度的影响51-53
• 4.4.3 硬壳层厚度的影响53-54
• 4.4.4 车重的影响54-55
• 4.4.5 硬壳层弹性模量的影响55-56
• 4.4.6 硬壳层作用的机理56-59
• 4.4.7 正交试验数据处理59
• 4.5 尺寸效应59-68
• 4.5.1 不同比例模型动应力衰减规律60-61
• 4.5.2 土体能量吸收特性揭示尺寸效应问题的可行性61-63
• 4.5.3 均质土层内尺寸效应63-65
• 4.5.4 上、下土层界面处尺寸效应65-68
• 4.6 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果76-77
• 致谢77

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