交通荷載下路基軟土動應(yīng)力累積及塑性應(yīng)變累積特性研究.pdf

1、長期交通荷載作用下，在路基中將產(chǎn)生動附加應(yīng)力(以下簡稱“動應(yīng)力”)、超靜孔隙水壓力及塑性變形的累積效應(yīng)，造成路基土軟化，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞。至今仍缺乏一合理的方式用來確定交通荷載下路基中累積的動應(yīng)力以及塑性應(yīng)變。如能定量分析動應(yīng)力累積特性及塑性應(yīng)變累積特性，就能預(yù)控路基病害的產(chǎn)生和發(fā)展，最終提高路面設(shè)計與管理的效能。 本論文通過不同循環(huán)加載條件下的模型模擬試驗、現(xiàn)場原型監(jiān)測試驗及理論分析，研究在交通荷載條件下，主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)時路基軟

2、土的動應(yīng)力、超靜孔隙水壓力和塑性應(yīng)變的累積特性及發(fā)展規(guī)律，探討路基軟土在循環(huán)動荷載下產(chǎn)生累積特性的原因和主要影響因素?；趶V義塑性位勢理論中的應(yīng)力增量方程及有效應(yīng)力原理，根據(jù)孔隙水壓力系數(shù)，結(jié)合試驗擬合參數(shù)，建立了交通荷載下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)時路基軟土中的動應(yīng)力累積方程；并應(yīng)用廣義塑性位勢理論和雙屈服面理論，借助安定(shakedown)理論及等價粘塑性理論，結(jié)合試驗擬合方程及擬合參數(shù)，建立了主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)條件下基于安定理論的雙屈服面等價粘塑性

3、本構(gòu)模型，用于預(yù)測路基軟土累積的塑性應(yīng)變。 論文取得的研究成果主要包括了以下幾方面： (1)通過模型模擬試驗及原型監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)的分析，得出交通荷載下路基軟土中動應(yīng)力、孔隙水壓力和塑性應(yīng)變的累積特性及發(fā)展規(guī)律，探討了影響累積特性的主要因素。 (2)采用安定理論，對交通荷載作用下路基土的動應(yīng)力、塑性應(yīng)變進(jìn)行安定狀態(tài)分析，確定了一個臨界應(yīng)力水平，判定路基土是否處于穩(wěn)定狀態(tài)。采用土的結(jié)構(gòu)性、能量耗散及土的結(jié)構(gòu)熵理論，對路

4、基軟土的累積特性、遲滯行為、彈塑性行為等進(jìn)行定性分析，揭示交通荷載作用下路基土產(chǎn)生累積效應(yīng)的機(jī)理。 (3)建立了循環(huán)動荷載下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)時路基土有效動應(yīng)力累積方程。通過改進(jìn)的亨開爾孔壓模型及試驗擬合的孔壓系數(shù)，結(jié)合主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)的總應(yīng)力增量，按有效應(yīng)力原理，結(jié)合試驗擬合的函數(shù)，建立動應(yīng)力累積方程。用VB程序語言編制的數(shù)值計算程序計算動應(yīng)力累積量，將計算結(jié)果與現(xiàn)場原型實測結(jié)果及模型模擬試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。 (4)建立了循環(huán)

5、動荷載下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)時路基土基于安定理論的雙屈服面等價粘塑性本構(gòu)模型?；诎捕ɡ碚摚柚p屈服面理論及等價粘塑性理論的推導(dǎo)，結(jié)合試驗擬合函數(shù)及擬合系數(shù)，建立了交通荷載下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)時路基軟土雙屈服面等價粘塑性本構(gòu)模型。最后利用VB程序語言編制數(shù)值計算程序?qū)λ苄詰?yīng)變累積量進(jìn)行計算，將計算結(jié)果與開放交通后的實際路基沉降結(jié)果進(jìn)行對比分析。 本文創(chuàng)新點有以下2點： (1)建立了交通循環(huán)動荷載下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)時路基土的有效動應(yīng)力累積

6、方程行車荷載、加載次數(shù)、路基深度對路基土的動應(yīng)力累積具有重要影響，已有的資料及研究成果顯示，尚無學(xué)者將這三者結(jié)合起來分析和討論，缺乏相關(guān)的量化研究。本文將三者結(jié)合起來，通過試驗擬合曲線和擬合參數(shù)以及有效應(yīng)力原理和廣義塑性位勢理論的增量推導(dǎo)，建立了主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)時路基軟土的動應(yīng)力累積方程。 (2)建立了交通荷載下基于安定理論的路基軟土雙屈服面等價粘塑性本構(gòu)模型模型基于動應(yīng)力累積的求解方程，考慮行車荷載、加載次數(shù)、路基深度對路基土塑性