【摘要】：膨脹土疲勞損傷裂隙是土體強度下降的主要原因之一,其疲勞損傷的實質是一個由于干濕循環(huán)作用下基質吸力反復加卸載,導致土體內(nèi)部結構產(chǎn)生大量的微裂隙形核,并且微裂隙隨著荷載循環(huán)次數(shù)增加而逐漸擴展,最終形成宏觀裂縫的過程。而宏觀裂隙產(chǎn)生是導致土體強度降低的關鍵因素和膨脹土邊坡滑塌的主要肇因。基于此,本文利用非金屬超聲波儀(TH204型)對等幅度干濕循環(huán)條件下的膨脹土進行聲波測試,提出了用縱波速度定義膨脹土疲勞損傷的損傷變量,探索了干濕循環(huán)作用下膨脹土的損傷演化規(guī)律,研究了干濕循環(huán)條件下膨脹土的損傷變量隨循環(huán)次數(shù)、循環(huán)幅度、控制含水率及低應力條件下的抗剪強度的變化關系,最終基于波速和剩余粘聚力定義損傷變量,提出能反映循環(huán)次數(shù)和循環(huán)幅度變化的非線性疲勞損傷模型。主要研究結論如下:(1)膨脹土試樣的損傷變量隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加呈非線性增長,增長幅度趨于平緩。當控制含水率越大,相應的損傷變量要小。循環(huán)幅度越大,損傷變量越大。第一次循環(huán)后,初始含水率增大,損傷變量整體呈減小趨勢,說明初始基質吸力對試件的損傷變化起重要作用,初始含水率越大,損傷度越小。2~6次循環(huán)后,其損傷變化值隨初始含水率變化規(guī)律性不明顯。(2)膨脹土粘聚力值和損傷變量值具有良好的對數(shù)衰減關系。同一初始含水率條件下,循環(huán)幅度越大,粘聚力衰減隨損傷變量衰減程度越大。得到的膨脹土的疲勞損傷強度衰減函數(shù),可為膨脹土疲勞損傷模型的建立提供參考依據(jù)。(3)利用室內(nèi)常規(guī)試驗和非金屬聲波測試系統(tǒng)量測結果建立干濕循環(huán)作用下膨脹的非線性疲勞損傷模型,簡單明了,便于應用,但該模型僅適用于等幅度情況,變幅度模型的建立,有待于提出合理的試驗方案。本文基于干濕循環(huán)作用下膨脹土剩余粘聚力的試驗數(shù)據(jù),給出了反映剩余粘聚力變化的二次多項式,給出了等幅干濕循環(huán)作用下膨脹土疲勞損傷的定義和表達式。由剩余強度定義損傷變量與疲勞損傷的原始定義相符合。
[Abstract]:The fatigue damage crack of expansive soil is one of the main reasons for the decrease of soil strength. The essence of the fatigue damage is the repeated loading and unloading of the matrix suction under the action of dry and wet cycles, which leads to a large number of micro-fissures in the soil structure. And the microcracks expand gradually with the increase of load cycle times, and finally form the process of macroscopic cracks. The occurrence of macroscopic fissures is the key factor leading to the decrease of soil strength and the main cause of landslide of expansive soil slope. Based on this, the sonic test of expansive soil under the condition of non-metallic ultrasonic instrument (TH204) under the condition of dry and wet cycle with equal amplitude is carried out, and the damage variable of fatigue damage of expansive soil is defined by the longitudinal wave velocity. The law of damage evolution of expansive soil under dry-wet cycle is explored. The relationship between damage variables of expansive soil under dry-wet cycle with the number of cycles, cyclic amplitude, controlled moisture content and shear strength under low stress is studied. Finally, based on wave velocity and residual cohesion, a nonlinear fatigue damage model is proposed, which can reflect the variation of cycle number and cyclic amplitude. The main conclusions are as follows: (1) the damage variable of expansive soil increases nonlinear with the increase of dry-wet cycle times, and the increasing range tends to be gentle. The larger the water content is, the smaller the damage variable is. The larger the cycle amplitude, the greater the damage variable. After the first cycle, the initial moisture content increases and the damage variable decreases, which indicates that the initial matrix suction plays an important role in the damage change of the specimen. The greater the initial moisture content, the smaller the damage degree. The change of damage value with the initial moisture content is not obvious. (2) there is a good logarithmic attenuation relationship between the cohesion value of expansive soil and the damage variable value. Under the same initial moisture content, the greater the cyclic amplitude, the greater the attenuation degree of cohesive force with the damage variable. The fatigue damage strength attenuation function of expansive soil is obtained. It can provide reference for the establishment of fatigue damage model of expansive soil. (3) the nonlinear fatigue damage model of expansive soil under dry and wet cycle is established by using the results of indoor routine test and non-metallic acoustic wave testing system, which is simple and clear, and is easy to be applied. However, the model is only suitable for the condition of equal amplitude, and the establishment of variable amplitude model needs to be put forward a reasonable test scheme. Based on the experimental data of residual cohesive force of expansive soil under dry and wet cycles, a quadratic polynomial reflecting the change of residual cohesive force is given, and the definition and expression of fatigue damage of expansive soil under the action of equal amplitude dry and wet cycle are given. The definition of damage variable by residual strength is consistent with the original definition of fatigue damage.
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU443

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