【摘要】：針對人工凍結(jié)法施工中凍土承受“預(yù)靜載+動(dòng)力擾動(dòng)”這一動(dòng)靜組合受力狀態(tài),凍土在靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)荷載作用下的力學(xué)特性已取得豐碩的研究成果,但凍土在動(dòng)靜組合加載下的應(yīng)力-應(yīng)變特征、強(qiáng)度和變形特性、破壞模式、能量耗散及本構(gòu)模型等方面的研究相對較少。本文利用可同時(shí)施加軸壓和圍壓的動(dòng)靜組合加載試驗(yàn)系統(tǒng),開展了動(dòng)靜組合作用下人工凍土的SHPB試驗(yàn),系統(tǒng)地分析了溫度、應(yīng)變率、圍壓等級、軸壓等級及土質(zhì)類型對人工凍土動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,建立了對應(yīng)的本構(gòu)模型。主要內(nèi)容和研究成果如下:(1)系統(tǒng)地分析了不同應(yīng)力狀態(tài)下人工凍土的動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征。結(jié)果表明,對于人工凍結(jié)黏土,單軸狀態(tài)下-5℃時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線可分為壓密、彈性、塑性和緩慢應(yīng)變軟化階段;-15℃時(shí)可分為彈性、塑性和破壞階段。人工凍結(jié)砂土單軸狀態(tài)下,可分為彈性、塑性、緩慢應(yīng)變軟化和破壞階段。人工凍結(jié)粉質(zhì)黏土單軸和一維動(dòng)靜組合狀態(tài)下,可分為壓密、彈性、塑性和破壞階段。主動(dòng)圍壓和三維動(dòng)靜組合狀態(tài)下,人工凍土動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線均可分為彈性、塑性和破壞階段。(2)主動(dòng)圍壓狀態(tài)下人工凍結(jié)黏土和人工凍結(jié)砂土的SHPB試驗(yàn)表明,動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨主動(dòng)圍壓的增加而增大。相同溫度和應(yīng)變率下,三維動(dòng)靜組合加載狀態(tài)下人工凍結(jié)粉質(zhì)黏土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度均高于一維狀態(tài),隨著主動(dòng)圍壓的增加,動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和第一階段變形模量呈對數(shù)增大,第二階段變形模量基本呈線性增大。相對于單軸狀態(tài),一維和三維動(dòng)靜組合加載下人工凍結(jié)粉質(zhì)黏土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度、第一階段變形模量和第二階段變形模量均有較大提升,隨著軸壓比的增加,三者都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,一維和三維狀態(tài)對應(yīng)的峰值軸壓比分別為0.7和0.8,不同軸壓比下強(qiáng)度增長系數(shù)與第二階段變形模量增長系數(shù)的有著相似的變化規(guī)律,軸壓比對第一階段變形模量增長系數(shù)的影響較大。(3)分析了不同應(yīng)力狀態(tài)下人工凍土的破壞模式。單軸狀態(tài)下,-15℃人工凍結(jié)黏土、-5℃和-15℃人工凍結(jié)砂土均呈脆性破壞,-5℃人工凍結(jié)黏土呈塑性破壞,主動(dòng)圍壓狀態(tài)下呈微裂或無明顯破裂;一維動(dòng)靜組合加載下,軸壓比為0.4時(shí)人工凍結(jié)粉質(zhì)黏土試樣環(huán)向側(cè)面發(fā)生剝落現(xiàn)象;軸壓比為0.7～0.9時(shí)試樣產(chǎn)生明顯的剪切破壞模式;軸壓比為1.0時(shí)試樣呈粉碎狀破壞。三維動(dòng)靜組合加載條件下,均無明顯破壞。相同應(yīng)力狀態(tài)下,人工凍土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度隨溫度的降低呈線性增大,增長速率依次為動(dòng)態(tài)單軸、三維動(dòng)靜組合、靜態(tài)單軸。人工凍土在高應(yīng)變率下的溫度敏感性要強(qiáng)于低應(yīng)變率;動(dòng)態(tài)SHPB試驗(yàn)中,人工凍土在單軸狀態(tài)下的溫度敏感性強(qiáng)于三維動(dòng)靜組合加載狀態(tài);三維動(dòng)靜組合加載下,隨著溫度的降低,第一階段變形模量和第二階段變形模量逐漸增大,相同溫度變化范圍內(nèi),第一階段變形模量的增長量要大于第二階段變形模量。(4)溫度相同時(shí),主動(dòng)圍壓狀態(tài)下人工凍土的耗散能密度大于單軸狀態(tài)。相同應(yīng)力狀態(tài)下,隨著應(yīng)變率的增加和溫度的降低,凍土的耗散能密度逐漸增大。當(dāng)軸壓比相同時(shí),三維加載狀態(tài)下凍土的耗散能密度要大于一維狀態(tài);一維和三維加載狀態(tài)下耗散能密度均隨軸壓比的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢,峰值耗散能密度對應(yīng)的軸壓比分別為0.7和0.8。隨著耗散能密度的增大,平均破碎塊度逐漸減小,呈現(xiàn)出良好的對數(shù)關(guān)系。(5)基于主動(dòng)圍壓狀態(tài)、一維動(dòng)靜組合加載狀態(tài)、三維動(dòng)靜組合加載狀態(tài)人工凍土的動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)結(jié)果,推導(dǎo)出綜合考慮軸壓效應(yīng)、圍壓效應(yīng)、溫度效應(yīng)、應(yīng)變率效應(yīng)及土質(zhì)類型的人工凍土動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型,并進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明:動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型曲線與試驗(yàn)曲線具有較好的一致性,模型預(yù)測的動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)力與試驗(yàn)結(jié)果變化趨勢基本相同,該模型能夠描述人工凍土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)特性。
【圖文】：

逡逑絡(luò)通道中的凍結(jié)土體進(jìn)行受力分析，圖１－２和圖１－３分別為煤礦立井和地鐵聯(lián)絡(luò)逡逑通道凍土段的受力模式示意圖。逡逑爆破、機(jī)械．地震等動(dòng)荷載逡逑自重應(yīng)力等靜荷載逡逑ｎ邋１邋ｎ邋ｉ邋ｎ邋ｕ邋ｎ邋ｉｉｕ逡逑；凍結(jié)管。：＿邐—ｔｅｃ：逡逑載二？丨三載｜呡１載５；＿載逡逑栜畫爆逡逑＿＿１＿逡逑圖１－２煤礦立井凍土段受力模式逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｅｓｓ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｆｒｏｚｅｎ邋ｓｏｉｌ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｃｏａｌ邋ｍｉｎｅ邋ｓｈａｆｔ逡逑帶逡逑oQ邐％逡逑％邋y逡逑＿ｉｉｉ＿逡逑＃邐ｉｉ；：；邋丨丨丨：：：＾邋蔡曲逡逑１１，ｖ邋丨１，，１，邋ｖ邋■１１１邋丨１邋？邋ｖ！１，邋ｖ邋Ｉ邋Ｓ逡逑pXyU囊邋ｇ逡逑oQ邋＿邋；邐；邋：邋；邋；邋；邋；邋：邋；邐電？＊逡逑＃邐＿曑：丨徽＿＿邋＃逡逑？逡逑ｖ邋－＂＂Ｖ邐＾逡逑？ｖ？邐＇ｖ－＇邋ｉ邐￣邋？＊邋ｖ／＂１－？？■■邋？？＊■逡逑ｗ邐＾．邋＇ｖ＾ｖ＊邋－－＂逡逑凍脹力等

本文編號：2595212