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川西山区崩坡积混合土循环荷载作用下非饱和动本构模型研究

黄辉  
【摘要】:高速公路、铁路和地铁在运营过程中的地基沉降问题日益突出,研究土体在交通荷载作用下的动力机制以及如何建立相应的动本构模型已成为亟待解决的一大技术问题。现有的研究对象都是在砂土及软粘土上,而崩坡积混合土研究很少。崩坡积混合土在川西山区分布广泛,具有多种矿物成分、多种级配、颗粒形态复杂及环境影响因素多变等特点。试验研究表明:非饱和性和细颗粒含量差异是川西崩坡积混合土的两大特征。因此,综合考虑非饱和性与细颗粒含量差异两大基本特征,构建可用于该类土动力反应分析中的HHT模型,为该类混合土结构物的动力稳定性分析与灾害防治提供可靠的理论依据与分析方法,对于川西山区乃至整个西南地区各类混合土天然边坡、高路堤、高速公路铁路路基等结构物的建设与安全运营,具有极其重要的理论与工程实用价值。通过室内试验一系列的研究,两种土的粘粒含量和粘土矿物有差别,根据微观土力学理论,天然孔隙比e会产生差异;在非饱和静三轴试验中,二号土的抗剪强度大于一号土,其影响本文用参数ks来反映。非饱和土体中水、力间的耦合关系可以采用Van Genuchten土水特征曲线来建立,用参数βSr、n、m反映。非饱和静三轴试验表明,两种土样的应力应变特性受含水率(即基质吸力)的影响较大,用参数ks,s来反映其应力应变特性。非饱和固结试验表明,基质吸力是影响混合土固结特性的一个重要参量,用参数λ(s)、κ、r、β来反映其固结特性。所以与混合土的非饱和性和细颗粒含量差异有关参数有10个,分别为e、αSr、n、m、ks、s、λ(s)、κ、r、β,这些参数可以通过室内试验结果或拟合获得。在边界面弹塑性理论的框架内,综合考虑崩坡积混合土的两大主要特征的影响参数,结合能够比较真实描述非饱和土体湿陷性能的LC屈服曲线,同时基于可移动映射中心的映射准则,采用经典的MCCM作为塑性势方程,从而构建HHT模型。对比发现,HHT模型不但可以较好地反映非饱和混合土在静载和循环荷载下的力学特性,而且能够真实地预测土体在加、卸载过程中的滞回特性。


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