冻融土—结构接触界面动力力学特性研究

论文摘要

随着冻土区工程项目以及应用冻结法的工程项目增多,由土层的反复冻融和地震、列车等动荷载综合效应给工程带来的威胁越来越引起重视。因此,积极开展相关工程地质条件下的冻融土-结构接触界面的动力力学研究,对冻土工程建设及安全运营具有重要意义。在总结已有的动力装置基础上,设计研发了动力试验仪器,并验证了仪器的适用性。然后通过室内试验与理论分析相结合的研究手段,对影响冻融土-结构接触界面的动力学特性的因素、动应力-应变关系展开了较为系统的研究。在常用应变式直剪仪试验系统的基础上,通过分析试验所采用的动力学参数,采用了HEV高性能激振器作为传统直剪仪的水平动力加载装置,同时配套相应的控制及数据采集系统,研制出了动力应力式直剪试验系统（Dynamic stress direct shear system,DSDS-1）,并对剪切位移、剪切应力、法向位移试验指标进行了标定与调试,结果表明试验系统具有较高的可靠性与稳定性,可实现对于土动力学的试验研究。利用研制的动力剪切试验系统,考虑不同的试验条件:法向压力、冻融循环次数（FTC）、动荷载频率、结构面粗糙度,进行了冻融土-结构接触界面动力力学特性的试验研究。结果表明:动应力-应变曲线分为三个显著的阶段:线性增长、快速增长、指数快速增长阶段,不同试验条件下其动应力-应变关系呈现应变硬化型,法向压力影响效果最大,结构面粗糙度和动荷载频率影响次之,冻融循环效应影响较弱。动强度随着法向压力的增大而增大;冻融循环次数对动强度影响偏弱,在FTC为3时,动强度数值最低;动荷载对动强度的影响要大于静力荷载情况;结构面粗糙度对动强度的影响,主要在于动内聚力的影响,结构面越粗糙,动内聚力越大。冻融土-结构接触界面的最大剪缩量随着试验条件的改变而改变,法向压力越大、FTC数值越低、动荷载频率越低、结构面为较粗糙时对应的剪缩量越大。动剪切模量比呈现整体下降的趋势。法向压力越高、动荷载频率越低、粗糙度越小,所对应的动剪切模量比越大,FTC数值对动剪切模量比的影响不大。阻尼比随着剪切应变的增加,逐渐增大;法向压力越高所对应的阻尼比越大,冻融循环影响较弱;阻尼比随着动荷载的频率变化而变化,2Hz对应的阻尼比范围区间为0.100.14,1Hz对应的阻尼比范围在0.150.17,0.5Hz对应的阻尼比范围在0.160.20;随着结构面粗糙度的增加阻尼比整体呈现增加的趋势。在试验研究的基础上,进一步分析了描述动应力-应变关系双曲线模型、指数曲线模型的优缺点,并基于Weibull分布给出了冻融土-结构面的统计损伤模型,探讨了其对动应力-应变关系的适用性。通过引入平均相对误差（ARE）的概念对三种模型的拟合效果进行了比对分析。研究结果表明,损伤模型拟合效果最好,可较好地反映冻融土-结构接触界面的动应力-应变关系曲线,ARE值低于双曲线模型和指数曲线模型。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究的背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 研究内容与技术路线
• 2 动力应力式直剪试验系统研制
•   2.1 动力应力式直剪试验系统
•   2.2 动力控制及测量系统
•   2.3 动力剪切系统结构设计
•   2.4 动力应力式直剪试验系统测试
•   2.5 试验土样的选取与基本参数的确定
•   2.6 动力剪切试验
•   2.7 本章小结
• 3 冻融土-结构接触界面动力剪切试验结果与分析
•   3.1 动力剪切破坏依据及力学特性指标
•   3.2 法向压力的影响
•   3.3 冻融循环的影响
•   3.4 动荷载频率的影响
•   3.5 结构面粗糙度的影响
•   3.6 本章小结
• 4 冻融土-结构接触界面动应力-应变关系研究
•   4.1 土-结构接触界面动应力-动应变关系特点
•   4.2 双曲线模型
•   4.3 指数曲线模型
•   4.4 损伤模型
•   4.5 本构模型关系的讨论
•   4.6 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖浩汉

导师: 刘志强

关键词: 冻融土,动力剪切系统,土结构接触界面,应力应变关系,动力特性

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

基金: 国家自然科学基金项目面上项目(51874286)“深部冻融土-混凝土结构相互作用接触界面力学特性研究”,江苏省青年科学基金项目(BK20140203)

分类号: TU43

总页数: 112

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