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原文传递交通荷载下路基软土动应力累积及塑性应变累积特性研究

论文题名：	交通荷载下路基软土动应力累积及塑性应变累积特性研究
关键词：	交通荷载;路基;软土动应力;塑性应变;路面结构破坏;路基病害
摘要：	长期交通荷载作用下，在路基中将产生动附加应力(以下简称“动应力”)、超静孔隙水压力及塑性变形的累积效应，造成路基土软化，导致路面结构破坏。至今仍缺乏一合理的方式用来确定交通荷载下路基中累积的动应力以及塑性应变。如能定量分析动应力累积特性及塑性应变累积特性，就能预控路基病害的产生和发展，最终提高路面设计与管理的效能。本论文通过不同循环加载条件下的模型模拟试验、现场原型监测试验及理论分析，研究在交通荷载条件下，主应力轴旋转时路基软土的动应力、超静孔隙水压力和塑性应变的累积特性及发展规律，探讨路基软土在循环动荷载下产生累积特性的原因和主要影响因素。基于广义塑性位势理论中的应力增量方程及有效应力原理，根据孔隙水压力系数，结合试验拟合参数，建立了交通荷载下主应力轴旋转时路基软土中的动应力累积方程；并应用广义塑性位势理论和双屈服面理论，借助安定(shakedown)理论及等价粘塑性理论，结合试验拟合方程及拟合参数，建立了主应力轴旋转条件下基于安定理论的双屈服面等价粘塑性本构模型，用于预测路基软土累积的塑性应变。论文取得的研究成果主要包括了以下几方面： (1)通过模型模拟试验及原型监测试验数据的分析，得出交通荷载下路基软土中动应力、孔隙水压力和塑性应变的累积特性及发展规律，探讨了影响累积特性的主要因素。 (2)采用安定理论，对交通荷载作用下路基土的动应力、塑性应变进行安定状态分析，确定了一个临界应力水平，判定路基土是否处于稳定状态。采用土的结构性、能量耗散及土的结构熵理论，对路基软土的累积特性、迟滞行为、弹塑性行为等进行定性分析，揭示交通荷载作用下路基土产生累积效应的机理。 (3)建立了循环动荷载下主应力轴旋转时路基土有效动应力累积方程。通过改进的亨开尔孔压模型及试验拟合的孔压系数，结合主应力轴旋转的总应力增量，按有效应力原理，结合试验拟合的函数，建立动应力累积方程。用VB程序语言编制的数值计算程序计算动应力累积量，将计算结果与现场原型实测结果及模型模拟试验结果进行对比分析。 (4)建立了循环动荷载下主应力轴旋转时路基土基于安定理论的双屈服面等价粘塑性本构模型。基于安定理论，借助双屈服面理论及等价粘塑性理论的推导，结合试验拟合函数及拟合系数，建立了交通荷载下主应力轴旋转时路基软土双屈服面等价粘塑性本构模型。最后利用VB程序语言编制数值计算程序对塑性应变累积量进行计算，将计算结果与开放交通后的实际路基沉降结果进行对比分析。本文创新点有以下2点： (1)建立了交通循环动荷载下主应力轴旋转时路基土的有效动应力累积方程行车荷载、加载次数、路基深度对路基土的动应力累积具有重要影响，已有的资料及研究成果显示，尚无学者将这三者结合起来分析和讨论，缺乏相关的量化研究。本文将三者结合起来，通过试验拟合曲线和拟合参数以及有效应力原理和广义塑性位势理论的增量推导，建立了主应力轴旋转时路基软土的动应力累积方程。 (2)建立了交通荷载下基于安定理论的路基软土双屈服面等价粘塑性本构模型模型基于动应力累积的求解方程，考虑行车荷载、加载次数、路基深度对路基土塑性应变的影响。采用双屈服面理论及广义塑性位势理论，结合安定理论和等价粘塑性理论，通过试验拟合的屈服面函数，推导并建立了交通荷载下基于安定理论的路基软土双屈服面等价粘塑性本构模型，模型反映了交通荷载下路基土的塑性应变累积特性。本文的研究成果将进一步丰富土动力学理论，可为预测交通荷载下路基软土的动应力累积量、塑性应变累积量及永久变形提供依据，并为路面结构的设计和施工、更好的解决路基软土病害问题提供理论基础。
作者：	廖化荣
专业：	工程力学
导师：	汤连生
授予学位：	博士
授予学位单位：	中山大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文