本文關鍵詞：凍融循環(huán)條件下路基粉質粘土力學特性及本構模型研究　出處：《北京交通大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：路基是公路的重要組成部分,是承受路面荷載的基礎,它除了必須堅固、穩(wěn)定以外,還必須具有耐久性,能抵抗各種自然因素的影響。凍土地區(qū)路基常年經受冷熱交替和凍融循環(huán)的作用,是導致公路路基填料力學特性退化、進而導致路基破壞的一個重要原因。因此,路基內填土必須具有抗凍融循環(huán)以及抗干濕循環(huán)的能力,以保證運營期間運輸的安全與暢通。在我國寒區(qū)大量公路交通中,因大力修建、改建和擴建高等級公路與通鄉(xiāng)公路,特別是汽車荷載頻率高、荷載重、季節(jié)凍融循環(huán)等多重因素共同影響下路基病害越發(fā)突出。目前,直接針對季節(jié)凍土區(qū)汽車荷載作用下路基病害機理的認識尚不明確。本文針對典型路基填料開展壓實粉質粘土力學性能測試,通過理論分析并結合室內試驗結果,建立能夠體現凍融循環(huán)影響的荷載壓縮特性研究與路基本構模型研究,成果有助于深化認識季節(jié)凍土區(qū)路基壓實粉質粘土的力學性能,為后續(xù)研究工作提供數據支持;基于大量動三軸實驗數據,明確了季節(jié)凍土區(qū)汽車荷載作用下的路基病害發(fā)生過程與機理。本文主要研究結論:(1)通過不同凍結溫度不同含水量的融沉實驗,分析得出結論:融沉系數隨著冷卻溫度的降低而增大,且和冷卻溫度的絕對值呈現很好的線性關系。含水率越大,融沉系數越大。(2)凍融循環(huán)對融沉系數的變化影響很大,凍土融沉的最不利狀態(tài)應是凍融循環(huán)第3次到第6次中的某個循環(huán),此時融沉系數最大,隨著凍融循環(huán)次數的增加,融沉系數會從最高值減小,到12次凍融循環(huán)之后,融沉趨于穩(wěn)定。因此本文建議在凍土工程勘查時,所提供設計采用的融沉系數應大于一次凍融的數值。如有條件,應將現場取出的原狀土樣在恒溫恒濕箱里凍融3-6次后,再按規(guī)程測取融沉系數,則會使沉降預估計算更科學安全。(3)本文提出的沉降計算關系式考慮融土壓縮變化規(guī)律,含水量、凍融循環(huán)次數對壓縮量的影響,給出了計算融后壓縮土體的變形計算公式。本公式建立在室內試驗的基礎上,具有很好的實用意義以及針對性。(4)提出關聯(lián)流動條件下針對經歷凍融循環(huán)土體的雙屈服面本構模型,是建立在大量三軸壓縮實驗數據基礎上的,并且經編程驗證所提出的本構方程能夠較好的反映凍融循環(huán)對路基壓實粉質粘土的力學影響,較為準確的預測融土應力應變關系,因此為進一步研究季凍區(qū)路基土體強度變化提供了扎實的理論依據。(5)通過動三軸實驗,隨著凍融循環(huán)次數的增加,不同破壞振次下路基土的動粘聚力動內摩擦角均呈現下降趨勢,因此認為經歷反復凍融循環(huán)后,土體內部的孔隙增大,土顆粒間的距離隨之增加,隨著破壞振次的增加,土顆粒間的作用力逐漸消散,土體動粘聚力減小同時反復凍融循環(huán)抑制了土體間的咬合作用,而隨著破壞振次的增加,土體經歷的振動循環(huán)次數增加,加大了土顆粒間的相對移動,土體動內摩擦角減小。(6)凍融與荷載以不同的力學機理誘發(fā)損傷,二者相互耦合、相互影響,在季凍區(qū)路基服役期間必將帶來土體力學特性的變化;凍融與荷載的共同作用可使土體總損傷加劇。本章基于Lemaitre教授創(chuàng)建的應變等效性假說,建立了凍融循環(huán)與受載雙重影響下路基土回彈模量的損傷演化模型,其計算擬合結果與實驗數據有著較好的吻合關系,說明基于損傷的回彈模量預估準確合理可行。此本構模型簡單,概念清晰,無需任何假設,有很好的實用價值。
[Abstract]:The results of this paper are as follows : ( 1 ) In order to improve the mechanical properties of subgrade compacted silty clay under the action of cold - heat alternation and freeze - thaw cycles , it is concluded that the thaw settlement coefficient is higher than that of one - time freeze - thaw cycles . ( 3 ) The calculation formula of settlement calculation in this paper takes into account the influence of the change rule , the moisture content and the number of freeze - thaw cycles on the compression quantity .

【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U416.1

【參考文獻】

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本文編號：1364707