土體變形時間效應(yīng)特性及加載歷史累加-遺傳修正技術(shù)研究.pdf

1、為滿足高速鐵路高速、安全、平順、舒適的行車要求，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須具有高度的平順性和穩(wěn)定性。路堤荷載作用下地基變形是路基工后沉降的主要來源，而工后沉降是引起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長期服役性能劣化的核心因素，因此合理控制地基在路堤長期靜載作用下產(chǎn)生的沉降變形是保證高速鐵路長期、安全運營的關(guān)鍵。按照現(xiàn)有的地基沉降計算方法計算得到的理論沉降變形和工程實測變形具有顯著差異，表明現(xiàn)有方法的精度已經(jīng)難以滿足高速鐵路的需要，尤其對于缺乏物理力學(xué)特性試驗研究和工程經(jīng)驗的硬

2、塑黏土等中低壓縮性土，按照目前的方法得到的理論沉降變形普遍低于工程實測變形，因此探明中低壓縮性土在長期靜載作用下具有時間效應(yīng)的變形狀態(tài)演化特征與規(guī)律，可為高速鐵路無砟軌道路基工后沉降的評價與控制提供一定的理論和技術(shù)參考。
　　在總結(jié)、整理和吸取已有研究成果的基礎(chǔ)上，以不同應(yīng)力水平下土體具有時間效應(yīng)的變形狀態(tài)演化規(guī)律為核心，通過應(yīng)力控制式三軸儀開展了中低壓縮性重塑粉質(zhì)黏土的常規(guī)三軸試驗、分級加載試驗數(shù)據(jù)的修正技術(shù)及土體在長期靜載作用

3、下變形狀態(tài)特征等方面的研究分析。本文主要工作和成果如下:
　　(1)蠕變?nèi)S試驗是研究土體變形時間效應(yīng)的重要途徑，在較長時間內(nèi)提供恒定的軸向荷載和圍壓是其基本要求，而現(xiàn)有的應(yīng)變控制式三軸儀不能適應(yīng)蠕變試驗的技術(shù)特點，在總結(jié)已有改裝設(shè)計應(yīng)力控制式三軸儀的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計了一種基于固結(jié)儀改裝的應(yīng)力控制式三軸儀，并采用該三軸儀通過變形控制法和等時加載法兩種試驗方法確定三軸試驗的破壞偏應(yīng)力。試驗表明:改裝設(shè)計的應(yīng)力控制式三軸儀通過砝碼杠桿

4、系統(tǒng)提供軸向荷載、通過高位水箱提供圍壓，具有較好的穩(wěn)定性;通過變形控制法和等時加載法確定的破壞偏應(yīng)力沒有明顯差別，但是等時加載法的試驗操作更為方便。
　　(2)研究土體變形時間效應(yīng)問題多采用分級加載的蠕變試驗，但前級加載會對后級荷載的變形產(chǎn)生干擾，如何考慮加載歷史的影響是進(jìn)一步討論變形時間效應(yīng)的關(guān)鍵。開展了分級加載歷史引起的試樣硬化和流變介質(zhì)的記憶效應(yīng)分析，提出累加前級變形并扣除遺傳變形的處理方法減小加載歷程對試驗數(shù)據(jù)的干擾，通過

5、冪函數(shù)擬合變形時間歷程數(shù)據(jù)，構(gòu)建了累加-遺傳修正法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ);采用改裝的應(yīng)力控制式三軸儀，進(jìn)行了分級加載下中低壓縮性重塑粉質(zhì)黏土的蠕變試驗，對比分析了傳統(tǒng)的坐標(biāo)平移法與累加-遺傳法兩種修正方法對軸向塑性變形試驗數(shù)據(jù)的影響，驗證了累加-遺傳法的合理性。
　　(3)在土體變形時間效應(yīng)已有研究成果的基礎(chǔ)上，分析了不同荷載水平下長期靜載作用的具有時間效應(yīng)的土體變形的演化特征，基于變形衰減與非衰減、變形速率收斂與發(fā)散，土體變形狀態(tài)隨荷載水平

6、的提高可劃分為快速收斂、緩慢收斂、緩慢破壞和快速破壞四種類別;采用應(yīng)力控制式三軸儀開展了分級加載條件下中低壓縮性重塑粉質(zhì)黏土的蠕變?nèi)S試驗，通過累加-遺傳法將分級加載的試驗曲線轉(zhuǎn)化為分別加載的情況，采用冪函數(shù)擬合軸向塑性變形試驗數(shù)據(jù)，得到了冪次值與偏應(yīng)力水平兩者間具有兩端劇烈下降、中間保持穩(wěn)定特點的倒“S”型關(guān)系曲線，基于曲線形態(tài)判別法得到了劃分中低壓縮性土四種變形狀態(tài)類別的三個偏應(yīng)力水平閾值，即以破壞偏應(yīng)力歸一化分別為20％，70％和