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非饱和公路路基填料静—动力学特性试验研究

占运  
【摘要】:用于路基填料层或者路面基层的粗颗粒材料通常处于非饱和状态,含水率(饱和度)受环境影响不断变化。路面基层以及路基填料层作为道路的主要承载受力层,除了承受自重等静荷载之外,还经历长期交通荷载的作用,其在静、动荷载下的强度、刚度和稳定性将直接影响道路正常使用性能。为了研究围压、基质吸力、应力幅值、粘粒含量等因素对不同含水状态粗颗粒土静、动特性的影响,本文开展了一系列基于非饱和模块的大型三轴试验。主要研究内容如下:(1)针对公路路基粗颗粒土的剪切特性,进行了一系列静力试验,研究了基质吸力、粘粒含量等对其剪切强度及变形特性的影响。试验结果表明:基质吸力的增大会提升土体的抗剪强度。基质吸力从0kPa增加到90kPa,峰值强度增加39.5%;粘粒含量对饱和土的影响大于非饱和土。(2)基于一种能够控制基质吸力的大型动三轴设备,进行了一系列循环加载试验,系统研究了不同基质吸力粗粒土试样的长期变形和回弹特性,揭示了基质吸力、应力幅值等因素对粗粒土轴向累积应变和回弹模量的影响规律。研究结果表明轴向累积应变随着基质吸力的增大而减小,与饱和试样相比,非饱和试样在相同循环应力幅值下产生更小的变形。在半对数坐标中,累积应变与加载圈数在低应力幅值下呈现出较好的线性关系,而在高幅值下呈现出非线性关系。回弹模量随着基质吸力的增大而增大,并且基质吸力增量和回弹模量增量存在线性关系。(3)基于安定理论,获得了饱和及非饱和粗粒土的塑性安定和塑性蠕变阈值,并发现该阈值随着基质吸力的增大而增大。(4)研究了粘粒含量对非饱和粗粒土长期动力特性的影响,发现在非饱和状态下,回弹模量会随着粘粒含量的增加而增大;而在饱和状态下,回弹模量随着粘粒含量的增加而急剧减小。(5)针对塑性蠕变行为的非饱和粗颗粒土试样,提出了试样长期轴向累积应变随循环振次的预测模型,该模型形式简单,可准确描述不同应力状态下粗粒土填料在循环荷载下长期累积应变,并能反映应力状态对永久累积应变的影响。


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