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原文传递不同荷载频率与细粒含量下路基粗粒填料动力特性研究

论文题名：	不同荷载频率与细粒含量下路基粗粒填料动力特性研究
关键词：	路基填料;粗粒碎石;荷载频率;细粒含量;动力特性
摘要：	道路路基作为承载和传递车辆荷载的关键结构，在服役期内将承受数百万次交通荷载作用，掌握大次数交通循环荷载下路基的刚度变化及累积变形发展规律是保障道路长期服役性能的前提。粗粒碎石填料因其良好的力学性能及透水性能，且易于就地取材被广泛应用于路基层填筑工程。目前学者们针对交通循环荷载下路基粗粒填料的动力特性开展了一系列研究，获得了路基粗粒填料物理状态、交通荷载大小与循环次数等因素对道路路基回弹与累积变形的影响规律。在交通运输日益高速化、密集化趋势下，荷载频率作为反映交通荷载速度与密度的重要参数，其对路基粗粒填料长期动力特性的影响不容忽略。此外，地基翻浆等原因将使路基粗粒填料受到不同程度的污染，细粒污染将改变路基的内部结构与级配，降低路基的排水性能，对路基强度与变形特性造成显著影响进而影响到道路的长期服役性能。因此，有必要采用公路路基粗粒填料层所对应的典型频率荷载对其动力特性进行研究，并分析不同细粒污染程度下路基填料特性变化，以揭示荷载频率及细粒含量对路基粗粒填料的长期动力特性影响规律。　　本文利用GDS大型三轴试验系统进行了一系列不同频率与细粒含量下凝灰岩碎石填料的排水循环荷载试验，具体内容包括以下几个方面: 　　1、针对不同车辆速度与行车密度等因素在道路路基中产生不同荷载频率这一实际工程问题，利用大型三轴循环试验系统在不同荷载频率下对公路路基粗粒填料开展饱和排水循环荷载试验。系统性地分析了荷载频率、循环应力比等对路基粗粒填料长期动力特性的影响规律，获得了循环荷载频率对路基填料体应变、回弹模量和轴向累积应变的影响规律。研究表明，在粗粒填料密实阶段，提高荷载频率使粗粒填料产生更大的体应变而更为密实，从而使粗粒填料回弹模量随荷载频率增加显著增大;在低循环应力比下，土体轴向累积变形随荷载频率变化相对较小，但在高循环应力比下，轴向累积变形随荷载频率增加明显增大。当粗粒土进入稳定变形阶段，荷载频率对路基粗粒填料体应变与轴向累积变形基本无影响。因此，控制路基中的循环应力比，可显著降低荷载频率对路基长期动力特性的影响。　　2、结合不同荷载频率下路基填料轴向累积应变试验数据，对路基填料大次数循环累积变形预测模型HCA模型（High-cycle Accumulation Model）进行改进。通过引入考虑荷载频率影响的因子ff，提出了可考虑荷载频率影响的路基填料轴向累积变形预测模型。研究表明，该模型可准确预测公路路基在典型频率荷载下的轴向累积变形，为更加全面地预测和控制道路工后沉降提供了有效工具。　　3、为研究交通循环荷载下受细粒污染的路基填料的动力特性，针对不同污染程度下的凝灰岩碎石填料开展了一系列大型三轴循环荷载试验研究。通过在粗粒填料中掺入不同含量高岭土来模拟污染路基填料。为考虑荷载频率与细粒含量对污染路基填料动力特性的耦合影响，开展了5种不同污染程度下的路基填料在3种荷载频率下的大三轴循环荷载试验。着重分析了不同荷载频率及细粒含量下粗粒填料的孔压、体应变、回弹模量及轴向累积变形的变化规律，总结了细粒含量在不同荷载频率下对路基填料动力特性的影响规律。研究表明，细粒土对路基粗粒填料动力特性的影响分为三个阶段。首先，少量细粒土对粗颗粒土的润滑作用导致粗粒填料在循环荷载下的体应变和轴向累积应变增大;随着细粒含量进一步增大，粗粒填料孔隙被细粒填充而使其压缩性减小，体应变与轴向累积应变随之减小;当细粒含量增加到一定值后，粗粒填料渗透性显著降低，循环荷载下路基中孔压迅速累积，进而导致轴向累积应变急剧增大，回弹模量大幅减小。此外，细粒含量对粗粒填料长期动力特性的影响受荷载频率影响显著，高频荷载将加剧孔压累积，导致路基长期服役性能劣化。
作者：	赵莉
专业：	岩土工程
导师：	蔡袁强;曹志刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文