干湿循环作用下路基土体动力特性及细观损伤演化

作     者：李志超 

作者单位：湖北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡智

授予年度：2020年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：干湿循环 动荷载 累计塑性应变 电阻率 CT 损伤演化 

摘      要：随着我国重载高速铁路的快速发展,铁路路基在长期使用过程中基础结构维护日益引起重视。铁路路基作为承载上部荷载的重要结构,在干湿循环和列车荷载的共同作用下,其性能会发生较大变化,因而备受关注。为此,本文首先研究了干湿循环作用对路基土体变形的影响。然后通过动三轴试验,对不同干湿循环次数、循环幅度作用下试样累计塑性应变、动弹性模量、动应力-动应变等动力特性发展规律进行了研究。基于试验数据建立了考虑干湿循环效应的土体累计塑性应变预估模型,并对10次循环荷载后土体累计塑性应变进行了探讨。在干湿循环-动荷载前后对试样分别进行了电阻率测试、CT扫描,分析了试样的电阻率变化规律,通过CT图像二值化、灰度统计和三维重建分析,研究了干湿循环-动荷载作用下试样的细观损伤演化规律。本文主要结论如下:(1)相同干湿循环幅度下,试样的尺寸变化随着干湿循环次数增长趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样的尺寸变化随着干湿循环幅度增长而越明显。干湿循环对试样体积的影响非常小。试样在经历6次干湿循环后,在达到平衡含水率(EMC)时,体积最大增长1.06%。(2)干湿循环-动荷载过程中,试样变形主要发生在前10次循环荷载,其变化较大且不可恢复,而后缓慢增长。试样的累计塑性应变随着循环幅度上升而上升,随着干湿循环次数的上升而上升。动弹性模量在振动开始时呈现上升趋势,10次循环荷载过后,高动应力幅值(120kPa)、高干湿循环幅度(EMC±5%)条件下累计塑性应变增速变缓;在低干湿循环幅度(EMC±1%)条件下,干湿循环作用改善了土体性能,动弹模随循环荷载次数增加呈现缓慢上升趋势。对累计塑性应变拟合结果表明,衰减型曲线适用于本试验试样的动变形预估。(3)试样电阻率在干湿循环-动荷载过程中呈现下降趋势,干湿循环作用对土体电阻率降低作用明显,电阻率最大减小43.9%,动荷载过后电阻率进一步减小,但减小速率下降。较之干湿循环,动荷载后,电阻率最大减小33.12%。(4)CT图像分析结果表明,干湿循环阶段试样的裂隙大量萌发增长,且从土体表面向内部延伸发展;动荷载导致试样内部微裂隙闭合消失,贯通性裂隙体积下降,但高动应力幅值作用会加剧试样结构损伤发展。从灰度分析来看,干湿循环作用导致土体内部密度下降,灰度分布离散性增大,振动荷载一定程度压实了土体,提高了试样密度。