高铁荷载作用下泡沫混凝土路基冻融前后力学特性研究

作     者：范坤坤 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔振东

授予年度：2023年

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

主      题：泡沫混凝土 高铁路基 冻融循环 动力特性 微观机理 动力响应 

摘      要：泡沫混凝土以自重轻、自立性好、流动性强等优点被广泛应用于工程建设的各个领域。将泡沫混凝土用于高铁路基填筑可以有效改善软土地区路基的不均匀沉降以及季节性冻土区路基的冻胀融沉问题。但是,目前尚缺乏泡沫混凝土在冻融循环和高铁荷载耦合作用下的动力学特性研究,不利于泡沫混凝土在高铁路基填筑工程中的应用。本文通过室内动三轴试验、扫描电子显微镜试验和ABAQUS数值模拟,研究了泡沫混凝土在冻融循环和和高铁荷载耦合作用下的宏观力学特性以及微观损伤机理,同时分析了泡沫混凝土高铁路基在冻融循环和高铁荷载耦合作用下的动力响应规律,主要研究内容及成果包含以下3个方面。(1)基于室内动三轴试验,研究了不同密度泡沫混凝土在冻融循环和高铁荷载耦合作用下,滞回曲线随循环加载次数的变化规律以及冻融循环温度、冻融循环次数、加载频率和动应力幅值对动弹性模量、阻尼比和轴向累积塑性应变的影响规律。不同冻融循环温度、不同冻融循环次数、不同加载频率和不同动应力幅值作用下,两种密度泡沫混凝土滞回曲线的形状特征和演变规律基本一致,无明显差异。随着循环加载次数逐渐增加,滞回曲线的面积和不闭合程度呈现先减小后增大最终稳定的变化趋势。随着冻融循环温度降低、冻融循环次数增加,加载频率增大和动应力幅值增加,泡沫混凝土的阻尼比和轴向累积塑性应变均呈现逐渐增大的趋势。(2)通过扫描电子显微镜试验,定性分析了泡沫混凝土在冻融循环和高铁荷载耦合作用前后,其微观孔隙结构的变化规律。随着冻融循环温度降低和冻融循环次数增加,孔壁的损伤程度逐渐增加。同时运用P-A分形理论,定量分析了冻融循环温度、冻融循环次数、加载频率和动应力幅值对泡沫混凝土P-A分形维数的影响规律,探究了微观孔隙结构的不规则程度与宏观动力学参数之间的内在联系。(3)利用有限元数值模拟软件ABAQUS对冻融循环和高铁荷载耦合作用下泡沫混凝土高铁路基的动力响应进行分析,建立了轨道-路基-地基三维有限元数值计算模型,通过单因素试验研究了冻融循环温度、冻融循环次数、基床表层厚度、基床底层厚度和列车速度对路基各结构层内的竖向动应力、竖向动位移和竖向动加速度的影响规律。此外,利用正交试验,通过极差分析和方差分析,分析了不同影响因素对高铁路基基床表层竖向动位移的影响灵敏度,各个因素的敏感性由高到低依次为:列车速度、冻融循环次数、基床底层厚度和基床表层厚度。该论文有图80幅,表35个,参考文献129篇。