基于三軸試驗(yàn)的中低壓縮性土變形時(shí)效性分析.pdf

1、為滿足列車高速、安全、平順、舒適的行駛，軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)具有高度的平順性和穩(wěn)定性，因此要嚴(yán)格控制路基的工后沉降變形。由于高速鐵路路基沉降變形主要來(lái)源于長(zhǎng)期路堤荷載作用下的地基變形，那么對(duì)地基沉降變形的控制顯得非常重要，尤其是砂類土、全風(fēng)化巖、（半固態(tài)）硬塑黏土等中低壓縮性土地基，對(duì)土的基本物理力學(xué)特性、地基沉降變形規(guī)律及合理的加固處理措施等缺乏相關(guān)的系統(tǒng)試驗(yàn)研究和工程經(jīng)驗(yàn)。出于工程安全考慮，對(duì)中低壓縮性土地基按目前方法計(jì)算沉降變形，選擇加固處

2、理措施，不同程度地表現(xiàn)出加固偏深、工程數(shù)量偏大和成本偏高等問(wèn)題，而通過(guò)實(shí)測(cè)反映的地基沉降普遍偏小，表明現(xiàn)有的地基沉降變形計(jì)算已難于滿足高速鐵路高標(biāo)準(zhǔn)的要求。如何合理確定中低壓縮性土地基的壓縮層厚度、選擇合理的加固處理深度及措施，是完善我國(guó)高速鐵路中低壓縮性土路基沉降計(jì)算技術(shù)、滿足高速鐵路工后沉降變形快速收斂、有效控制工后沉降變形、保證高速鐵路長(zhǎng)期服役性能的技術(shù)核心，也是實(shí)現(xiàn)高速鐵路優(yōu)化設(shè)計(jì)、達(dá)到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的前提，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

3、
　　在分析、總結(jié)和吸取已有研究成果的基礎(chǔ)上，以均勻化制備三軸試樣為基礎(chǔ)，以土體在不同應(yīng)力水平下長(zhǎng)期靜載作用的時(shí)效性變形狀態(tài)特征為核心，開(kāi)展了中低壓縮性粉質(zhì)黏土重塑試樣的常規(guī)三軸試驗(yàn)及試樣制備均勻性、中低壓縮性重塑粉質(zhì)黏土在長(zhǎng)期靜載作用下變形狀態(tài)特征及關(guān)鍵控制參數(shù)、土體變形時(shí)效狀態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)、地基壓縮層厚度計(jì)算方法等方面的研究。主要工作和成果如下:
　　(1)基于土體承受沖擊荷載時(shí)力學(xué)響應(yīng)方面的研究和靜力平衡理論，分別對(duì)單向分

4、層擊實(shí)法和對(duì)稱分層壓樣法制樣過(guò)程中試樣的受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析。采用對(duì)稱分層壓樣法和單向分層擊實(shí)法分別制備最佳含水率狀態(tài)下100％壓實(shí)度的粉質(zhì)黏土重塑試樣并進(jìn)行常規(guī)三軸試驗(yàn),試驗(yàn)分析表明:對(duì)稱分層壓樣法可提高試樣制備的均勻性;采用對(duì)稱分層壓樣法制備的試樣，其破壞位置隨機(jī)發(fā)生于上、中、下各部位，單向分層擊實(shí)法則基本發(fā)生在相對(duì)軟弱的試樣上端;且前者較后者，在最佳含水率狀態(tài)下峰值偏應(yīng)力有所提高，飽和狀態(tài)下差異不明顯，而兩種狀態(tài)下峰值偏應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)

5、變均增大，延性提高，變形模量均降低;對(duì)試樣進(jìn)行飽和會(huì)削弱試樣不均勻?qū)ν馏w極限狀態(tài)強(qiáng)度(σ1-σ3)max產(chǎn)生的影響。規(guī)程規(guī)定用單向分層擊實(shí)法制備三軸試樣，因制樣的不均勻性使所測(cè)變形模量偏高，這一結(jié)果對(duì)進(jìn)一步提取本構(gòu)模型參數(shù)有較大影響，采用對(duì)稱分層壓樣法制樣可為工程設(shè)計(jì)提供更可靠的參數(shù)。
　　(2)在土體變形發(fā)展?fàn)顟B(tài)已有研究成果的基礎(chǔ)上，分析不同應(yīng)力水平下長(zhǎng)期靜載作用的時(shí)效性變形基本規(guī)律，根據(jù)土體時(shí)效性變形呈現(xiàn)出收斂與否、收斂或發(fā)散

6、快慢的特點(diǎn)，可將土體不同應(yīng)力水平下長(zhǎng)期靜載作用的時(shí)效性變形劃分成快速穩(wěn)定、長(zhǎng)期穩(wěn)定、長(zhǎng)期破壞和快速破壞四個(gè)狀態(tài)類別。開(kāi)展了長(zhǎng)期靜載作用下變形時(shí)效性特種三軸試驗(yàn)，通過(guò)負(fù)冪函數(shù)擬合不同應(yīng)力水平下的應(yīng)變與時(shí)間的歷程曲線，得出冪指數(shù)P值與不同應(yīng)力水平的關(guān)系曲線，得到區(qū)分快速穩(wěn)定、長(zhǎng)期穩(wěn)定、長(zhǎng)期破壞、快速破壞四個(gè)時(shí)效性變形狀態(tài)的三個(gè)應(yīng)力水平表達(dá)的偏應(yīng)力閾值，及其對(duì)應(yīng)于極限狀態(tài)強(qiáng)度(σ1-σ3)max的折減系數(shù)K;由折減系數(shù)K并結(jié)合Mohr-Cou

7、lomb強(qiáng)度理論，推導(dǎo)出了變形時(shí)效狀態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)間的理論公式，依據(jù)該公式可以求得不同變形時(shí)效狀態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)。
　　(3)結(jié)合現(xiàn)有沉降計(jì)算理論及地基壓縮層厚度的確定方法，基于長(zhǎng)期靜載作用下土體時(shí)效性變形狀態(tài)特征，提出了時(shí)效性變形狀態(tài)控制地基有效壓縮層厚度的概念，建立了土體變形時(shí)效狀態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)表達(dá)的摩爾-庫(kù)倫變形狀態(tài)控制方程，確定了有效壓縮層厚度的計(jì)算方法。依據(jù)路基荷載簡(jiǎn)化的力學(xué)模型及半無(wú)限空間彈性體的Boussinesq和

8、Flamant解，求取了路堤荷載下地基中附加應(yīng)力分布。以高速鐵路無(wú)砟軌道雙線路堤下的中低壓縮性地基土層為例，對(duì)時(shí)效性變形狀態(tài)特征確定的地基有效壓縮層厚度和按應(yīng)力比法確定的地基壓縮層厚度進(jìn)行了對(duì)比分析。表明:在路堤填土容重γ0、邊坡坡率i和路基面寬b等均一定的情況下，按無(wú)時(shí)間效應(yīng)變形狀態(tài)控制地基工后沉降(即K=7％)時(shí)，地基有效壓縮層厚度隨路堤高度的變化規(guī)律與應(yīng)力比法一致，近似呈線性增長(zhǎng)，但所得有效壓縮層厚度比應(yīng)力比法按0.1時(shí)的壓縮層厚