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交通荷载作用下结构性软土的动力特性及机理分析

姜岩  
【摘要】: 随着我国城市交通的高速发展,交通荷载所引起的岩土工程问题越来越为人们所关注。诸多学者对交通荷载作用下饱和粘土的强度特性和变形特性做了大量的研究,但是往往都停留在宏观力学的角度上,对引起宏观动力反应的结构性软土的微观结构的研究甚少。因此,若要全面而正确地反映复杂应力(初始应力+循环荷载)条件下软土的真实动力特性,必须在深人细致的力学特性试验和观测基础上,加强对土体的细观组构和物理机制的研究,加强对循环荷载作用下土体的卸载体缩与可恢复剪胀特性的研究,以揭示土体的细观组构变化与其宏观力学响应之间的定量关系,揭示土体的剪胀性、各向异性和结构性之间存在着的共同的物理基础,以发展物理概念正确、数学表述简便、参数易于测定的动力本构模型。本文在以往研究的基础上,着重开展交通荷载作用下结构性粘土的动力特性试验研究,同时从微观角度予以深入分析,主要包括以下几个方面的工作: 1.通过室内物理力学特性试验,分析了天津塘沽地区典型的淤泥质粉质粘土的静力学特性,重点探讨了该类土的结构效应,利用数学模型推求出其结构强度值。 2.采用半正弦波形模拟交通荷载,通过动三轴试验,研究了结构性软土的动强度特性,确定了该结构性软土的临界动应力比和门槛动应力比,得到了其动强度指标及其变化规律,同时利用试验结果提出了一种反映其动力学特点的孔压模型。 3.利用不同应力路径下的动三轴试验模拟了交通荷载对于结构性软土的作用,研究了结构性软土在不同固结方式、不同振动频率、不同振动波形的动应力动应变关系,研究发现结构性软土的动应力应变曲线符合双曲线关系,得到了该结构性软土在固结方式不同、振动频率不同、振动波形不同动荷载作用下土体的最大动弹性模量E_(max d)和最大动剪切弹性模量G_(maxd)。 4.针对上述研究成果,利用微观结构定量化分析揭示宏观力学行为的微观机理,采用的测试手段为压汞试验,通过对结构性软土在交通荷载破坏前后孔径分布变化规律的研究,分析了结构性土体在交通荷载作用下动力特性的微观机理。


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