循环荷载作用下膨胀土动力特性试验研究

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膨胀土在我国广泛分布,众多工程建设需要穿越膨胀土分布的地段。学者们对膨胀土的组成成分与结构特性、抗剪强度特性、胀缩机理、改良方法等方面开展了大量的试验研究,并取得了丰硕的成果。但对其在循环荷载作用下的动力特性还需要进行全面和深入的了解。所以开展循环荷载作用下膨胀土动力特性研究有着重要的实用价值和科学意义。本文主要开展了合肥膨胀土在变幅值分级循环荷载作用下的动力特性参数和等幅值循环荷载作用下的动刚度、累积塑性应变的试验研究。主要工作和结论如下:(1)结合实测的膨胀土基本物理指标以及膨胀土的工程特性,本文主要考虑超固结比、围压、含水率对合肥膨胀土动力特性参数的影响。试验结果表明:膨胀土骨干曲线随着动应变的增大呈现线性到非线性的发展过程;动弹性模量随着动应变的增大先快速减小然后逐渐变缓直到趋于稳定,减小含水率或增大围压、超固结比都会导致膨胀土的动弹性模量增大;合肥膨胀土的阻尼比变化范围在0.065-0.165,减小含水率或增大围压、超固结比都会导致膨胀土的阻尼比增大。(2)以地铁行车荷载为研究背景,本文主要研究合肥膨胀土的动刚度随超固结比、动应力、循环次数的变化规律,通过试验数据分析建立合肥膨胀土的动刚度变化模型。试验结果表明:在20k Pa和30k Pa动应力作用下,膨胀土动刚度呈现硬化现象;在40k Pa和50k Pa动应力作用下,膨胀土动刚度呈现软化现象。对于刚度硬化型,硬化指数随着循环次数的增加缓慢增长;对于刚度软化型,在循环荷载作用初期,软化指数迅速衰减,随着循环次数的增加,软化指数的衰减减缓并逐渐趋于稳定。在相同试验条件下,动应力越大膨胀土的刚度硬化、软化指数越小,超固结比越大,膨胀土的刚度硬化、软化指数越大。(3)以地铁行车荷载为研究背景,本文主要研究合肥膨胀土累积塑性应变随超固结比、动应力、循环次数、排水条件的变化规律,通过试验数据分析建立合肥膨胀土的累积塑性应变模型。试验结果表明:膨胀土轴向累积应变在循环加载初期,随着循环次数的增加而急剧增大,在循环次数超过1000次以后,累积塑性应变的增长速率逐渐减缓,循环次数超过4000次以后,累积塑性应变的增长速率进一步放缓,但塑性累积应变仍在增加。膨胀土在地铁荷载长期作用下,累积塑性应变与循环次数之间的关系曲线呈现为“快速增长阶段-缓慢增长阶段-逐渐趋稳阶段”三个阶段。
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