动荷载作用下冻土试验技术及冻土变形初步研究

随着季冻区公路工程建设规模不断扩大,路基在冻融及车辆荷载(尤其重载)协同作用下翻浆、沉陷等灾害现象频繁出现,需要对其致灾机理进行深入研究。本文采用英国GDS冻土动静三轴仪对季冻区路基土开展了常温、-5℃及-10℃三种环境下的动变形试验研究。主要工作有:(1)针对GDS仪器在试验中出现的围压进气孔及加载杆易冻结等实际问题,提出了采用耐压密封胶及硅胶干燥剂等处置方法,保证了冻土负温试验的顺利开展;(2)开展了常温下路基土动变形试验。在相同循环作用次数条件下,存在动应力临界值。当动应力幅值超过此界限,土体残余应变逐渐增大,直至破坏;反之,则土体应变速率逐渐降低,残余应变最终趋于稳定;(3)开展了-5℃及-10℃条件下路基土动变形试验。试验表明:同一动应力幅值作用下,随土体温度降低,其残余应变减小,但即便同在负温条件下,土的应变速率及最终值也有很大差异。试验得到的新认识对季冻区公路设计及灾害防治有一定指导意义。     

固化黄土力学特性三轴试验研究

为进一步认识固化黄土的力学特性,以郑州地区黄土为试验材料,制备不同固化剂掺量的试样,并在标准养护条件下养护至试验龄期后饱和。应用GDSTTS标准应力路径三轴仪,开展固结不排水(CU)剪切试验,主要研究围压、固化剂掺量以及养护龄期对固化黄土力学特性的影响。试验结果表明：郑州地区固化黄土具有显著的结构性,其应力应变曲线呈现出应变软化特征,并可用驼峰型三参数表达式描述;同时,增大围压和固化剂掺量以及延长养护龄期,固化黄土的峰值应力及残余应力都增大、养护龄期超过一定时间后,其对固化黄土强度的影响趋弱。     

微粒混凝土基本力学特性及其影响参数的试验研究

微粒混凝土主要用于混凝土结构模型试验,它是一种由小粒径骨料、水泥和水按一定比例组成的混凝土。由于骨料粒径变小引起了混凝土力学性能的改变,确定微粒混凝土的力学性能的影响因素是模型试验的一个关键问题。主要考虑水泥强度等级、水灰比和砂率的影响,采用正交试验法设计微粒混凝土的配合比,制作了两批试件,各16组,研究了上述因素对微粒混凝土轴心抗压强度和弹性模量的影响。结果表明,水泥强度等级和水灰比对微粒混凝土轴心抗压强度的影响显著,且水泥强度等级影响最大;水灰比和砂率对微粒混凝土弹性模量的影响显著,且水灰比影响最大。     

冻土区桥梁桩基础抗震试验研究现状及展望

总结了现阶段冻土区桥梁桩基础抗震试验研究的主要任务，从试验的目的、优势、设计和不足等方面对冻土三轴压缩试验、桩-冻土体系拟静力试验和地震模拟振动台试验的研究现状进行了系统的总结与分析，提出了相应的改进措施和发展方向。考虑到室内试验中桥梁桩基础-冻土相互作用体系实施难度的问题，提出了采用子结构试验方法开展冻土区桥梁抗震试验的思路。     

利用InSAR技术研究青藏高原冻土形变特征

由于自然环境的限制,青藏高原的大地测量网络十分稀疏,不能满足区域地壳运动监测的需求。干涉合成孔径雷达(InSAR)是非接触监测地壳运动的一种重要方式,但在高原上受到冻土的影响。本文基于2014～2018年的Sentinel-1卫星C波段雷达数据,采用InSAR时序技术分析了冻土形变的时空特征。针对InSAR位移时间序列,采用空间滤波去除了大气延迟、地形效应等局部公共误差,提高了时间序列的信噪比。结果显示,青藏高原的冻土运动可分为差异较大的两类:在大部分冻土区域,与周边高山(基岩)区域相比,冻土地区显示类似的季节波动或一定的长期沉降;在部分冻土地区存在异常快速下沉区域,例如在西藏中部布若错湖西南侧的沉积盆地内,存在一个直径约2 km的漏斗型沉降区, LOS向沉降速率可达约10±2.1 mm/a。构造运动造就了高原上大量沿断裂线分布的河流、湖泊,河床和沉积盆地等广泛分布着冻土,给准确分析构造形变带来很大挑战,本文所得的结果可作为区分冻土运动与构造变形的一种有效判据,也有益于研究高原冻土的物理特性及变形机理。     

地震荷载作用下冻土的动力学参数试验研究

基于地震动荷载作用下冻土的动三轴试验,定量研究了重塑冻结兰州黄土的动本构模型、动弹性模量在不同温度(-2℃、-5℃、-7℃、-10℃)下的变化规律,建立了相应的温度影响模型,为寒区建设工程提供了较为可靠的抗震设计依据．     

红层泥岩填料的力学特性及本构模型研究

在红层泥岩地区进行道路工程施工时,考虑到材料短缺和成本问题,常常采用就地取材的方式作为路基填料。为了研究红层泥岩填料的适用性,选取甘肃省永登县某工点的风化红层泥岩填料为研究对象,在室内开展一系列三轴CU剪切试验,探究含水率、围压和压实度对应力-应变曲线、峰值(残余)强度、抗剪强度指标的影响,并对不同类型的应力-应变曲线,分别采用相应的模型进行拟合。研究结果表明：含水率、围压和压实度对其物理力学特性具有显著影响;对符合应变软化型规律的曲线,采用沈珠江的双曲线模型拟合的规律一般;对符合应变硬化型规律的曲线,采用Duncan-Chang模型拟合的规律较好。研究结果可以为甘肃省红层泥岩路基的病害处治与维修提供参考依据。     

三维加载条件下粗粒土与结构接触面力学特性的试验研究

运用最新研制的80吨三维多功能土工试验机对工程中常用的粗粒土与结构接触面三维力学特性进行了研究,探讨了主要影响因素。结果表明:(1)接触面产生了明显的剪切体变;在往返型路径下可以分为可逆和不可逆两部分;(2)切向应力应变关系呈现显著的非线性特征,接触面在循环剪切时不断剪切硬化;(3)抗剪强度与法向应力呈良好的线性关系,可用摩尔-库伦准则描述;(4)法向应力、法向边界条件、切向控制方式、加载幅值、剪切路径等对接触面力学特性均有不同程度的影响。     

基于双曲线模型的冻土中锚杆荷载传递特性研究

为研究不同冻结温度及含水率对冻结粉土中锚杆抗拔性能的影响,根据冻土与混凝土接触面的力学特性和变形规律,采用双曲线模型描述锚杆-冻土接触面的剪切特性.基于荷载传递法,建立考虑温度和含水率影响的锚杆荷载传递方程,采用有限差分法进行求解,得到锚固段的剪应力、轴力及承载力计算式;通过ABAQUS数值模拟验证荷载传递方程的合理性...     

冻土动力学研究综述

冻土动力学是寒区岩土工程所要考虑的重要内容,是研究冻土抗震和抗长期循环荷载的理论基础。本文主要介绍了冻土动力学参数的测试方法,回顾了冻土动力学参数、冻土动强度、冻土动蠕变破坏特征和冻土动蠕变强度的研究进展,并对部分冻土动态本构模型和动蠕变模型进行了简单的介绍,最后对冻土动力学的发展趋势进行了展望。     

砂性冻土堤防冻融作用下水分迁移试验研究

以工程实际环境为研究基础,阐述砂性土堤防在冻融作用下的破坏机理,并介绍一种新型研究水分迁移试验装置,利用该装置测量黑龙江干流堤防典型砂性土试样在冻融循环作用下的温度场、水分场、应力场的时空分布。试验结果表明:堤顶公路破坏与堤身不均匀沉降有关,温度变化引起含水率出现梯度变化,从而出现应力场变化,且温度梯度含水率梯度呈线性关系。冻结初期土柱顶部出现应力增加,稳定后应力减小,稳定冻结深度1 m左右。     

低频可控震源在哈拉湖冻土区二维地震勘探试验研究

高原冻土区由于地质条件复杂,对地震波能量尤其是高频信号吸收作用强,一直是地震勘探的一个难点.为探测哈拉湖冻土区的深部结构,分析可能的天然气水合物的分布情况及地球物理响应特征,我们在研究区采用低频可控震源激发进行了高精度二维地震勘探试验.本文通过对原始单炮定性分析以及针对能量分析、频段相对能量比估算、道集间频率分析方面进行定量分析,来确定振动台数、扫描频率、扫描长度、驱动幅度以及覆盖次数等优选参数.文章总结了可控震源在高原冻土区的野外施工方法,对以后类似地区的地震勘探工作有一定的借鉴意义.     

动荷载下冻土中模型桩的沉降试验研究

试验结果表明 ,冻土中桩的沉降过程主要是冻土在剪应力荷载作用下的流变过程 .桩的沉降速度随冻土温度的升高而增大 ,随桩表面粗糙度的增大而减小 ,随地基刚度的增大而增大 .当冻土中含水量达到饱和时 ,桩的沉降速度最小 .当荷载水平较高时 ,对应于动载下的沉降速度小于静载 ;随着荷载水平的降低 ,动载与静载对沉降速度的影响效果逐渐接近 .现有试验条件下 ,桩的沉降速度不随动荷载的频率而变化 .     

季冻区砂性土堤防水分场温度场及水分迁移试验研究

以黑龙江干流堤防工程实际环境为研究基础,依托水分迁移试验装置,测试了干流堤防典型砂性土试样在冻融循环下的温度场、水分场、应力场的分布情况.结果表明:堤顶混凝土公路破坏与堤身不均匀沉降有关,温度变化引起堤基含水率出现梯度变化,从而出现应力场变化,且温度梯度含水率梯度呈线性关系.地基稳定冻结深度达到1.12 m.结合实测数...     

土工格栅加筋粉煤灰改良黄土力学特性研究

随着西部黄土地区城镇化进程的加快,填挖结合的新增用地方式要求地基处理技术需要重点解决填方区的强度与变形问题。论文将粉煤灰作为改性填料对黄土进行改良,通过直剪试验、三轴试验、湿陷试验与扫描电镜试验,分析不同粉煤灰掺入比条件下加筋与未加筋黄土试样的强度变化规律、宏观破坏特征和微结构特征。结果表明:采用粉煤灰改良和土工格栅加筋后,黄土的最优含水率增大,最大干密度降低。当粉煤灰掺入比λ=20%时,加筋改良效果最好,黄土的峰值强度、残余强度和等效内摩擦角均有大幅提高,侧向变形显著减小,且能有效降低其湿陷性。微结构分析表明:粉煤灰对黄土的改良主要体现在颗粒直接填充和化学结晶体交织成的网状填充两种类型的强化作用,改良后黄土的孔隙率与孔隙尺寸均有所下降。研究结果可为黄土地区填方边坡与填方路基的改良加固提供参考。     

SBAS-InSAR技术监测青藏高原季节性冻土形变

冻土的冻结和融化的反复交替会造成地质环境与结构的破坏,从而导致房屋和道路等地面工程建筑物的地基破裂或者塌陷,还会引起山体滑坡、洪水暴发以及冰川移动等.因此,监测冻土形变对确保冻土区工程建筑的稳定性和安全性,同时保证冻土区社会经济可持续发展具有重要的意义.目前,在冻土监测方面并没有能大面积监测冻土形变时间演化情况的有效方法,本文提出将InSAR技术中的小基线集方法(SBAS-InSAR)应用于监测冻土来获取其形变时间序列中.考虑到冻土形变呈现明显的季节性特征,本文提出利用周期形变模型来代替传统SBAS方法中的线性形变模型,从而更好地分离出高程残差和大气误差.利用ENVISAT卫星获取的21景ASAR影像图作为实验数据,采用改进的SBAS技术成功获取了青藏高原从羊八井站至当雄站铁路段冻土区的地表形变时间序列图,揭示了该冻土区从2007年到2010年的季节性形变演化情况.通过与研究地区温度变化的联合分析,发现所得到的地表形变结果与冻土的物理变化规律非常吻合,证明了SBAS-InSAR技术在冻土形变监测中具有良好的发展应用前景.     

岩石变形特征及物理特性的现场试验研究

在从化南昆山脉蚀变花岗岩岩体试洞中,用刚性承压板法进行大尺度试件现场试验.承压三板直径50cm.蚀变带宽约1-2m.测量了岩石的变形特征、视电阻率和声发射以及试洞地坪的倾斜变化.与室内小试件实验对比可以看出:(1)在水溶液网络导电机制适用的范围内,大试件和小试件的电阻率随应力应变变化的基本形态都是相似的:(2)大试件电阻率对应力的滞后效应更为明显;3)大试件可在较小的应力差下获得较大的电阻率变化;4)电阻率变化值与应力差之间没有简单的线性关系.      

岩石变形特征及物理特性的现场试验研究

在从化南昆山脉蚀变花岗岩岩体试洞中,用刚性承压板法进行大尺度试件现场试验.承压三板直径50cm.蚀变带宽约1-2m.测量了岩石的变形特征、视电阻率和声发射以及试洞地坪的倾斜变化.与室内小试件实验对比可以看出:(1)在水溶液网络导电机制适用的范围内,大试件和小试件的电阻率随应力应变变化的基本形态都是相似的:(2)大试件电阻率对应力的滞后效应更为明显;3)大试件可在较小的应力差下获得较大的电阻率变化;4)电阻率变化值与应力差之间没有简单的线性关系.     

细观结构对混凝土动态力学特性的影响研究

混凝土作为非均质复合材料,其力学特性受材料的微细观结构形态影响比较明显,物理试验很难将各因素孤立出来单独考虑其对混凝土力学特性的影响,本文从数值试验入手,把混凝土看作是由骨料、砂浆以及界面组成的三相材料,研究动压和动拉荷载作用下细观结构中诸如骨料位置、单元尺寸、材料强度以及骨料粒径对混凝土动态力学特性的影响,发现混凝土的细观结构对其动态力学特性有影响,不同因素对混凝土动态力学特性影响权重不同,相同因素在不同荷载作用下的影响结果也不同。