双向循环荷载作用下膨胀土的动力特性与路基响应特征研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 18次 | 上传用户:power400ljf
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本文以荆门重塑膨胀土为研究对象,通过室内试验,理论分析和数值模拟,较为系统地研究了重塑膨胀土在单向与双向循环荷载作用下的动强度和变形特性,以及路基动力响应特征。首先,开展了重塑膨胀土单向与双向动三轴试验,获得了其动骨干曲线及动弹模量随应变变化的试验曲线。土动应力—应变骨干曲线呈双曲线型式;相同条件下,动弹模量随动应变的增大而减小,随围压的提高而增大,随含水量的增大而减小;同相位双向振动试验中,土体的动应变随径向动应力的增加呈减小趋势,且径向动应力的越大,动模量的衰减幅度呈显著增大特征;利用Hardin-Drnevich模型中的等效阻尼比公式,得到阻尼比随径向动应力的增大而增加,随含水量的降低而减小;而频率对重塑膨胀土动力特性的影响不甚显著。其次,在动力分析的基础之上,探讨了饱和重塑膨胀土的动强度特性,并获得了围压25kPa、50kPa与100kPa下动主应力与破坏振次的拟合公式,研究表明,重塑膨胀土较原状膨胀土动强度有较大的提高。再次,根据双向激振下试样的受力状态,通过空间轴对称问题理论求解了单向与双向激振下试样在柱坐标内随时间变化的应力状态;建立了试样45。面上的最大法向应力σ45°max和剪应力τ45°max的计算公式,并得到相位差Δφ=0°与Δφ=180°时,σ45°max与τ45°max分别取得最大值;采用线弹性模型,通过虎克定律得到双向激振下试样的动应变计算公式,试样在相位差180°时取得最大动应变,在此基础之上给出了不同相位差下的动应力—应变关系曲线。最后,通过有限元软件ANSYS建立了轨道—路基三维有限元模型,进行高速列车单向与双向荷载作用下的瞬态动力分析,研究表明双向振动时的动力响应均大于单向振动。获取了钢轨与基床表面相关动应力的时程曲线,分析了各结构层动力响应随路基横向方向的变化规律,发现各结构层动力响应随路基深度的增加而明显减小,随远离钢轨距离的增大而向左右两方向衰减;探讨了速度对动力响应随深度衰减性状的影响规律,发现随深度变化呈线性衰减特征,而竖向动应力呈曲线衰减特征,且二者都随列车速度的增大而增大。
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