冻土侧限压缩试验仪的研制及应用

随着寒区高等级道路工程等基础设施的建设,迫切需要对冻土压缩特性和静止土压力系数（K₀系数）开展试验研究,但目前缺乏开展相关研究的专用仪器。本文基于融土侧限压缩试验的原理,结合冻土力学性质受温度控制的特性,自主研发了冻土侧限压缩试验仪。该仪器采用冷却罐内冷液循环和冷却罐外恒温箱实现二级控温,控温范围为-50℃至90℃,控温精度达±0.1℃;采用全数字伺服测控器实现温度闭环控制;采用高性能负荷框架结构,刚度大、重量轻,保证仪器在大荷载下平稳运行。利用该仪器对冻结饱和标准砂进行侧限压缩试验,试验结果验证了仪器可靠性。本仪器能准确快捷地测定冻土静止土压力系数和压缩性参数,是研究冻土力学特性并服务于寒区岩土工程建设的有力工具。     

甘肃省公路沿线典型地段含盐量对冻胀盐胀特性影响的试验研究

季节冻土区含盐土公路路基在季节性冻胀、盐胀和融沉作用下,发生大量的道路病害,给道路的安全运营带来了严重的隐患。在考察大量现场道路病害的基础上,针对甘肃省季节冻土区公路沿线盐渍化道路病害比较严重的地段,选取几种典型的盐渍土进行室内冻融循环试验来研究它们在周期波动温度条件下冻胀、盐胀和融沉特性,进一步探讨盐渍土地区道路病害产生的机制。试验结果发现,含盐量对路基土冻胀、融沉和盐胀等变形过程有明显的影响,不同的含盐量路基土膨胀机制不同。含盐量较高的土体,变形主要由盐胀引起,没有明显的融沉变形;含盐量较低的路基土,变形主要由冻胀和融沉引起,可能存在盐胀;对于无盐但冻胀敏感性路基土,其变形主要由冻胀和融沉引起。另外,开放系统下盐渍土反复冻融循环后含水率重新分布,含水率普遍增加,且形成了两端含水率高、中间低的现象。     

兰州黄土侧限松弛特性试验研究

预变形过程可以认为是应力历史的作用,为了探明预变形对兰州黄土应力松弛特性的影响,开展了一系列室内侧限松弛试验,研究了不同预变形量条件下黄土的应力松弛过程曲线。试验结果表明：预变形量愈大,起始松弛应力愈大,在试验历时内的应力松弛量也较大。根据松弛曲线特征,提出松弛程度的概念,试验发现,预变形量愈大,达到同一松弛程度所需时间较短;随应力松弛进一步发展,这种时间差别愈明显。从试验出发,探讨了松弛过程的阶段性,将全过程分为瞬时松弛阶段、衰减松弛阶段和稳定松弛阶段3个阶段。预变形选择恒变形速率加载过程,研究了不同变形速率对松弛过程的影响。在分析松弛试验数据基础上,获得了一种能够描述卸载过程的流变关系,并对其可靠性进行了验证     

多年冻土区路基分层变形现场观测研究

在人类工程活动和气候变暖的双重作用下,多年冻土区的道路路基普遍产生以路基下沉为主的病害．多年冻土地区的路基沉降涉及多个物理力学过程：未冻土的蠕变,冻土上限下降所产生的融沉,由于多年冻土层升温而产生的高温冻土的蠕变,以及活动层中冻融循环改变了土的工程性质而导致的附加沉降变形．为了进一步探索各个物理力学过程对总沉降量贡献,...     

排水和不排水条件下高温冻土松弛特性研究

为了探明排水条件对高温冻土应力松弛特性的影响,开展了室内松弛试验,研究了排水和不排水情况下高温冻土的应力松弛过程．结果表明：围压对高温冻土的松弛过程影响明显;不排水情况下,围压增大,松弛稳定历时延长,瞬时松弛量增大;松弛过程初期松弛速率受围压影响较大,而后逐渐减弱;排水情况下,松弛过程发展初期的松弛速率略高于不排水情况...     

基于罚函数偶应力理论的土体应变局部化研究

与 Cosserat 理论相比,偶应力理论在一定程度上可以降低数值框架的复杂度,已逐渐应用于岩土体应变局部化分析中。然而,一般的偶应力有限元法需要满足 C¹连续性,即单元内部和单元交界面上的应变都需要具有连续性。为了避免开发较为复杂的C¹型偶应力单元,在 Cosserat 连续体理论框架下,通过借助罚函数方法对 C¹连续性进行松弛来获得偶应力理论的逼近解,建立了基于罚函数的偶应力有限元方法 PCS-FEM。通过平面应变条件下的弹性圆孔应力集中问题对 PCS-FEM 方法的有效性进行了验证,并应用于土体应变局部化分析中。通过对Ottawa砂的平面应变试验进行数值模拟,发现 PCS-FEM 方法获得的应力−应变曲线及剪切带破坏形态与试验结果基本一致,且能够克服经典连续体理论病态的网格敏感性问题,保证应变局部化问题的适定性;通过对承受偏心荷载作用下的土坡应变局部化经典算例进行分析,发现 PCS-FEM 方法同样可以克服土坡应变软化阶段的网格敏感性问题,展现土体的渐进破坏过程。     

保温材料在青藏铁路路基工程中应用的数值分析

In many cases, preventing permafrost from further thaw due to human activities might be the first choice for embankment design in permafrost regions. 2-D finite element analysis was conducted in this paper, in which phase change was taken into consideration to simulate the thermal regime of the Qinghai-Tibetan Railway with Expandable Polystyrene (EPS). Based on the predicted maximum thaw depth in the following 50 year, the best position for insulation was presented and the relationship between the thickness of insulation and the height of embankment was analyzed. Besides, the applicable range of insulation in embankment engineering of the Qinghai-Tibetan Railway in terms of Mean Annual Air Temperature (MAAT) was suggested and the influence of geothermal field of permafrost on the applicable range of the insulation was discussed.     

河西重点监视区烈度预测的研究

在前人研究的基础上，建立了适合于重点监视区烈度预测的概率方法的数学模型，并对该模型中影响预测结果的因素进行了灵敏度分析。发现预测的不确定性主要来自烈度衰减规律。根据概率分析中对正态分布函数不确定性校正的原理，提出了适于重点监视区内烈度预测中不确定性的校正方法，并将该方法应用于河西重点监视区。在确定震级－频度关系的过程中，考虑了地震活动性周期及震级间隔两方面的因素，使得求出的震级－频度关系更为精确     

基于土颗粒级配预测非饱和渗透系数函数的物理方法

针对非饱和渗透系数函数研究中引入未知经验参数会降低预测可靠度的问题,对土样颗粒级配曲线上划分的粒组分别构建形如立方体的天然土颗粒集合体与理想球体颗粒集合体。通过分析两者的几何特征和物理性质,提出计算土孔隙半径的理论表达式;将每个粒组对应的孔隙简化为理想圆柱形孔隙,基于天然土孔隙与理想孔隙内水分流量的相似关系,结合Hagen-Poiseuille公式,构建预测非饱和渗透系数函数的物理方法。依据非饱和土水力特性数据库UNSODA中8个典型土样的持水试验结果验证了孔隙半径表达式在表征土孔径分布时的合理性。结合该数据库及已有文献中26个土样的非饱和渗透试验结果对物理方法进行了验证,通过计算非饱和渗透系数预测值与其实测值之间的相关系数发现其在0.703～0.999范围内变化,并对土样非饱和渗透系数与体积含水率关系的形态和吻合度描述较好,为研究土的非饱和渗透特性提供了一种无需引入未知经验参数的新方法。     

冻融作用对青藏粘土工程性质的影响

以青藏粘土的重塑饱和土样为研究对象,使土样在封闭系统下经历一个冻融循环,通过试验考察土的工程性质在冻融作用下的变化规律.试验表明: 冻融循环对不同初始密度的土具有双重作用,使低密度的土变得密实,而高密度的土密度降低.密度变化的同时,其力学性质也发生相应的变化.试验分析了在相同冻结条件下,随着初始密度变化冻融后力学参数的变化规律.