冻土动力参数即是进行工程设计的依据,同时还为动力响应模拟提供必要参数。选取青藏铁路沿线粉质黏土为研究对象,通过试验分析了在不同的温度、围压、频率作用下冻土动弹性模量、动剪切模量、阻尼比的变化特性。利用等效黏弹性模型将动弹性模量(或动剪切模量)、动阻尼比与动应变幅值之间的关系具体化,并将以上函数曲线与Hardin双曲线进行拟合,确定等效黏弹性模型中的试验参数。试验发现,冻土动弹性模量与动剪切模量随温度的降低而升高,随围压、频率的升高而升高;动阻尼比随着温度降低而降低,随着围压升高而升高,随频率升高而降低。

地震荷载作用下高含冰量冻土的动力特性试验研究对西北地区地震多发地段的冻土工程的抗震设计具有重要意义。通过选取兰州的重塑冻土进行动三轴试验,分别研究了地震荷载下不同控制温度(-6,-3,-1℃)、不同含水量(30%,50%,75%)以及不同围压(0.3,0.5,1,2 MPa)下高含冰量冻土的动应力应变关系和动弹性模量。试验结果显示,不同条件下冻土的动应力应变关系呈Hardin-Drnevich双曲线模型,并且不同温度、不同围压和不同含水量对模型参数都有着影响。动弹性模量随温度升高而减小,温度每升高1℃,弹性模量就下降12～15 MPa。围压对动弹性模量的影响有强化作用和弱化作用,-6℃时动弹性模量随围压增大而增大,-1℃时大应变情况下动弹性模量随围压增大而减小。对于高含冰量冻土,动弹性模量随含水量的增大先减小后增大。

为了研究高温-高含冰量冻土这种极不稳定土体的动力学特性,开展了固结围压为0.3、0.5、1.0、3.0、5.0MPa,控制温度为-0.5、-1.0、-2.0、-4.0℃、初始含水率为50%的高含冰量青藏线重塑冻土的动三轴试验。根据试验结果,提出了用广义的双曲线模型来描述动应力-应变关系,并且给出了模型参数预报关系式;基于动弹性模量和轴向应变之间的非线性关系,提出σ3=0.5MPa为临界围压。当围压大于0.5MPa时,动弹性模量随着动应变的增大呈减小的趋势;当围压小于0.5MPa时,动弹性模量随着动应变先增大后又减小;此外,动阻尼比随应变幅值和围压的增大而增大,随着温度的降低,动阻尼比变小。

通过对不同围压、频率、温度和含水量冻土体的测试结果分析得出,动荷载下冻土体的弹性模量受温度影响最大,随温度升高而降低,随围压波动起伏,随振动频率增大而增大。冻土体的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小。应变速率在土体变形初始比较大,而后逐渐趋于稳定。

基于地震动荷载作用下冻土的动三轴试验,定量研究了重塑冻结兰州黄土的动本构模型、动弹性模量在不同温度(-2℃、-5℃、-7℃、-10℃)下的变化规律,建立了相应的温度影响模型,为寒区建设工程提供了较为可靠的抗震设计依据.

冻土的动力学参数既是工程设计的依据之一,也是数值模拟时不可缺少的参数。本文分析了取自青藏铁路的两种路基土,即粉质粘土和细砂的动弹性模量和动阻尼比变化特征。试验发现,冻结粉质粘土和冻结细砂的动力学参数随频率、温度和含水量的变化规律相同。冻土的动弹性模量随频率的增加或温度的降低而增加。含水量增加时,冻土的动弹性模量先增加后降低,在饱和含水量附近达到最大。冻土的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小。含水量增加时冻土的动阻尼比略有增加。