本文關(guān)鍵詞：凍融循環(huán)條件下路基粉質(zhì)粘土力學(xué)特性及本構(gòu)模型研究　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)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(chǔ),它除了必須堅(jiān)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(jīng)受冷熱交替和凍融循環(huán)的作用,是導(dǎo)致公路路基填料力學(xué)特性退化、進(jìn)而導(dǎo)致路基破壞的一個(gè)重要原因。因此,路基內(nèi)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(yùn)營期間運(yùn)輸?shù)陌踩c暢通。在我國寒區(qū)大量公路交通中,因大力修建、改建和擴(kuò)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(jī)理的認(rèn)識尚不明確。本文針對典型路基填料開展壓實(shí)粉質(zhì)粘土力學(xué)性能測試,通過理論分析并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,建立能夠體現(xiàn)凍融循環(huán)影響的荷載壓縮特性研究與路基本構(gòu)模型研究,成果有助于深化認(rèn)識季節(jié)凍土區(qū)路基壓實(shí)粉質(zhì)粘土的力學(xué)性能,為后續(xù)研究工作提供數(shù)據(jù)支持;基于大量動三軸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),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(jī)理。本文主要研究結(jié)論:(1)通過不同凍結(jié)溫度不同含水量的融沉實(shí)驗(yàn),分析得出結(jié)論:融沉系數(shù)隨著冷卻溫度的降低而增大,且和冷卻溫度的絕對值呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系。含水率越大,融沉系數(shù)越大。(2)凍融循環(huán)對融沉系數(shù)的變化影響很大,凍土融沉的最不利狀態(tài)應(yīng)是凍融循環(huán)第3次到第6次中的某個(gè)循環(huán),此時(shí)融沉系數(shù)最大,隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,融沉系數(shù)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(shí),所提供設(shè)計(jì)采用的融沉系數(shù)應(yīng)大于一次凍融的數(shù)值。如有條件,應(yīng)將現(xiàn)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(shù),則會使沉降預(yù)估計(jì)算更科學(xué)安全。(3)本文提出的沉降計(jì)算關(guān)系式考慮融土壓縮變化規(guī)律,含水量、凍融循環(huán)次數(shù)對壓縮量的影響,給出了計(jì)算融后壓縮土體的變形計(jì)算公式。本公式建立在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,具有很好的實(shí)用意義以及針對性。(4)提出關(guān)聯(lián)流動條件下針對經(jīng)歷凍融循環(huán)土體的雙屈服面本構(gòu)模型,是建立在大量三軸壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的,并且經(jīng)編程驗(yàn)證所提出的本構(gòu)方程能夠較好的反映凍融循環(huán)對路基壓實(shí)粉質(zhì)粘土的力學(xué)影響,較為準(zhǔn)確的預(yù)測融土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,因此為進(jìn)一步研究季凍區(qū)路基土體強(qiáng)度變化提供了扎實(shí)的理論依據(jù)。(5)通過動三軸實(shí)驗(yàn),隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,不同破壞振次下路基土的動粘聚力動內(nèi)摩擦角均呈現(xiàn)下降趨勢,因此認(rèn)為經(jīng)歷反復(fù)凍融循環(huán)后,土體內(nèi)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(shí)反復(fù)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(jīng)歷的振動循環(huán)次數(shù)增加,加大了土顆粒間的相對移動,土體動內(nèi)摩擦角減小。(6)凍融與荷載以不同的力學(xué)機(jī)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(xué)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(yīng)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(jì)算擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有著較好的吻合關(guān)系,說明基于損傷的回彈模量預(yù)估準(zhǔn)確合理可行。此本構(gòu)模型簡單,概念清晰,無需任何假設(shè),有很好的實(shí)用價(jià)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(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U416.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1364707