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原文传递基于风积砂静动力特性的沙漠公路地基处理研究

论文题名：	基于风积砂静动力特性的沙漠公路地基处理研究
关键词：	沙漠公路;地基处理;风积砂承载力;静力特性;动力特性
摘要：	中国西部沙漠地区风积砂分布广泛，风积砂静动力特性研究对该地区公路、铁路和机场跑道等重大工程的地基处理至关重要。细粒级配和湿陷等特性造成风积砂承载力较低，特别是交通等动力荷载作用下易发生液化，从而引起不均匀沉降、路面开裂等系列危害。为提升高速交通工程长期服役性能，急需发展风积砂地基灾变控制技术。为此本文通过一系列静动力三轴试验，利用ABAQUS软件建立了碎石桩处理风积砂地基的有限元模型，对地震荷载作用下饱和风积砂地基的动力响应进行研究。本文主要研究成果如下: 　　(1)开展不同密度和围压条件下风积砂三轴排水与不排水系列静力试验，测定了密度、围压对风积砂变形破坏特性的影响。结果表明风积砂在不排水条件下其应力应变关系有流动、有限流动、应变硬化和应变软化4种类型，破坏模式有流滑、鼓胀和剪切带三种。在q-p''平面内，相同初始密实度的试样在不同围压条件下试验得到了相同临界状态线，不同初始密实度的试样其临界状态线不同，其斜率随初始密实度的增加而增大;在e-lnp''平面内，其临界孔隙比随着围压的增加而减小。最终根据试验结果建立了风积砂的强度与初始相对密度及围压的公式。　　(2)开展了不同循环应力路径和循环应力幅值的循环真三轴试验。引入循环中主应力系数bcyc来控制大主应力和中主应力方向的循环加载比例，测定了风积砂在两维循环加载下的应变累积规律、孔压发展特征和滞回圈演化规律。试验发现风积砂存在安定稳定型、临界破坏型和增量破坏型三种应变响应;测定了风积砂液化破坏的临界应力状态区域;随着bcyc值增加风积砂的抗液化强度在逐渐降低，表明bcyc对其循环特性影响显著。随bcyc值增加滞回圈的长轴斜率增加、且其面积减小，表明bcyc对风积砂的刚度和能量耗散影响较大。　　(3)开展了考虑初始剪应力的循环真三轴试验。不同初始剪应力三维循环试验结果发现风积砂存在弹性安定和增量破坏两种循环响应。较小的初始剪应力增大试样的变形而较大的初始剪应力降低试样的变形，不同初始应力条件下应变对比显示q0=50kPa时试样的应变最大。与极限孔压破坏准则相比，传统5％轴向应变破坏准则可能过高的估计了饱和风积砂的抗液化强度，从而导致评估和设计的不安全;在极限孔压准则下，研究了极限孔压比与初始应力条件的关系，发现极限孔压比随初始剪应力的增加呈线性减小趋势。　　(4)基于风积砂静动力试验特性，通过ABAQUS有限元数值模拟分析了天然地基与碎石桩复合地基在静力和动力荷载的作用下的响应。结果表明:在地震荷载的作用下，地基顶部的水平向加速度相较于地基底部的水平向加速度较大，且在天然地基内，随着深度的降低其水平加速度极值逐渐增加;通过对比天然地基和碎石桩复合地基的在相同荷载条件下的峰值加速度发现，碎石桩复合地基和天然地基在荷载频率小于4Hz时其峰值加速度值相近，当荷载频率为4Hz时天然地基的峰值加速度明显大于碎石桩复合地基的峰值加速度，这表明碎石桩复合地基可降低地基发生共振现象时的峰值加速度，最大可降低45％;同时，碎石桩复合地基可在一定程度上降低地基的动剪应力，能够提高土体的抗液化强度。
作者：	徐文栋
专业：	土木水利
导师：	杨文伟;李学丰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁夏大学
学位年度：	2022