蠕变是冻土区铁路路基变形的关键影响因素之一,常通过分级加载蠕变试验来研究冻土蠕变特性。通过曲线拟合方法标定蠕变模型参数前,常需要将冻土分级加载蠕变试验数据通过“陈氏法”转化为分别加载蠕变试验数据,转化过程较为繁琐。以时间硬化蠕变(Time Hardening Creep,THC)模型为例,对THC模型公式执行与“陈氏法”相逆的操作,推导出了THC模型的分级加载形式。基于此分级加载蠕变模型公式,可直接利用分级加载单轴蠕变试验数据,通过曲线拟合快速标定参数。另外,提供了不同时间单位和应力单位下THC模型参数的变换关系,无需曲线拟合,根据时间和应力单位变化前的参数即可直接标定单位变化后的变换参数。在-0.5、-2.0℃条件下对粗粒土进行了分级加载单轴蠕变试验,基于分级加载THC模型标定了参数,并用拟合参数和变换参数预测了经“陈氏法”转化后的分别加载数据,两种参数预测的相关系数均超过0.9。提出的分级加载THC模型和不同单位下的参数变换关系简化了参数标定流程,实现了参数的快速标定,为冻土地区铁路路基工程的设计和数值模拟提供了有效支持。
蠕变是冻土区铁路路基变形的关键影响因素之一,常通过分级加载蠕变试验来研究冻土蠕变特性。通过曲线拟合方法标定蠕变模型参数前,常需要将冻土分级加载蠕变试验数据通过“陈氏法”转化为分别加载蠕变试验数据,转化过程较为繁琐。以时间硬化蠕变(Time Hardening Creep,THC)模型为例,对THC模型公式执行与“陈氏法”相逆的操作,推导出了THC模型的分级加载形式。基于此分级加载蠕变模型公式,可直接利用分级加载单轴蠕变试验数据,通过曲线拟合快速标定参数。另外,提供了不同时间单位和应力单位下THC模型参数的变换关系,无需曲线拟合,根据时间和应力单位变化前的参数即可直接标定单位变化后的变换参数。在-0.5、-2.0℃条件下对粗粒土进行了分级加载单轴蠕变试验,基于分级加载THC模型标定了参数,并用拟合参数和变换参数预测了经“陈氏法”转化后的分别加载数据,两种参数预测的相关系数均超过0.9。提出的分级加载THC模型和不同单位下的参数变换关系简化了参数标定流程,实现了参数的快速标定,为冻土地区铁路路基工程的设计和数值模拟提供了有效支持。
蠕变是冻土区铁路路基变形的关键影响因素之一,常通过分级加载蠕变试验来研究冻土蠕变特性。通过曲线拟合方法标定蠕变模型参数前,常需要将冻土分级加载蠕变试验数据通过“陈氏法”转化为分别加载蠕变试验数据,转化过程较为繁琐。以时间硬化蠕变(Time Hardening Creep,THC)模型为例,对THC模型公式执行与“陈氏法”相逆的操作,推导出了THC模型的分级加载形式。基于此分级加载蠕变模型公式,可直接利用分级加载单轴蠕变试验数据,通过曲线拟合快速标定参数。另外,提供了不同时间单位和应力单位下THC模型参数的变换关系,无需曲线拟合,根据时间和应力单位变化前的参数即可直接标定单位变化后的变换参数。在-0.5、-2.0℃条件下对粗粒土进行了分级加载单轴蠕变试验,基于分级加载THC模型标定了参数,并用拟合参数和变换参数预测了经“陈氏法”转化后的分别加载数据,两种参数预测的相关系数均超过0.9。提出的分级加载THC模型和不同单位下的参数变换关系简化了参数标定流程,实现了参数的快速标定,为冻土地区铁路路基工程的设计和数值模拟提供了有效支持。
寒区铁路桥台受恶劣气候条件带来的温度场变化影响,产生了多种结构病害并威胁着线路运营安全。针对这一问题,本文建立典型铁路桥台有限元模型,研究建设完工后一年周期内的温度场变化规律,分析了台前及台后土体一定埋深范围内地温曲线的变化特征,对比分析了不同土质条件下的冻结深度差异。研究表明:桥台完工后的初始温度影响了台后土的地温分布,桥台建设及台后土的填筑导致地温温度场进行了重分布;在初始温度相同情况下,土体参数的不同导致冻结深度不同,冻胀土体冻结深度明显大于不冻胀土体,本文计算的最大冻结深度达7 m。
寒区铁路桥台受恶劣气候条件带来的温度场变化影响,产生了多种结构病害并威胁着线路运营安全。针对这一问题,本文建立典型铁路桥台有限元模型,研究建设完工后一年周期内的温度场变化规律,分析了台前及台后土体一定埋深范围内地温曲线的变化特征,对比分析了不同土质条件下的冻结深度差异。研究表明:桥台完工后的初始温度影响了台后土的地温分布,桥台建设及台后土的填筑导致地温温度场进行了重分布;在初始温度相同情况下,土体参数的不同导致冻结深度不同,冻胀土体冻结深度明显大于不冻胀土体,本文计算的最大冻结深度达7 m。
高寒高海拔地区路基的蠕变行为对道路工程的可靠性具有一定影响。为了更准确地模拟多年冻土区冻土的蠕变行为,依托已有的试验结果对冻土黏塑性损伤行为展开了研究,揭示了冻土的渐进损伤行为和快速损伤行为。应用分数阶黏塑性理论,构建了一个可以描述蠕变应力小于屈服应力时冻土不可逆变形和蠕变应力抵达屈服应力时冻土损伤行为的黏塑性损伤模型,并采用分数阶梯度描述了冻土抛物线屈服准则的非正交特性。然后,结合构建的黏塑性损伤模型与弹簧、Abel阻尼器建立了一个冻土的分数阶损伤蠕变模型。通过数值计算对模型参数进行了分析,揭示了参数对冻土蠕变行为的影响和参数的灵敏性,并利用温冻土的蠕变试验结果对分数阶损伤蠕变模型的有效性进行了验证。结果表明:提出的黏塑性损伤模型不仅可以较好地表征冻土的黏塑性行为与损伤效应,而且使用分数阶导数和屈服函数可以直接确定黏塑性应变的方向,从而避免了引入黏塑性势函数的复杂性;根据模型计算结果与温冻土蠕变试验结果的对比情况,所建立的分数阶损伤蠕变模型在不需要额外参数的情况下能够准确地模拟冻土的衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变行为,并为分析冻土蠕变特性与理论模拟提供理论基础。
高寒高海拔地区路基的蠕变行为对道路工程的可靠性具有一定影响。为了更准确地模拟多年冻土区冻土的蠕变行为,依托已有的试验结果对冻土黏塑性损伤行为展开了研究,揭示了冻土的渐进损伤行为和快速损伤行为。应用分数阶黏塑性理论,构建了一个可以描述蠕变应力小于屈服应力时冻土不可逆变形和蠕变应力抵达屈服应力时冻土损伤行为的黏塑性损伤模型,并采用分数阶梯度描述了冻土抛物线屈服准则的非正交特性。然后,结合构建的黏塑性损伤模型与弹簧、Abel阻尼器建立了一个冻土的分数阶损伤蠕变模型。通过数值计算对模型参数进行了分析,揭示了参数对冻土蠕变行为的影响和参数的灵敏性,并利用温冻土的蠕变试验结果对分数阶损伤蠕变模型的有效性进行了验证。结果表明:提出的黏塑性损伤模型不仅可以较好地表征冻土的黏塑性行为与损伤效应,而且使用分数阶导数和屈服函数可以直接确定黏塑性应变的方向,从而避免了引入黏塑性势函数的复杂性;根据模型计算结果与温冻土蠕变试验结果的对比情况,所建立的分数阶损伤蠕变模型在不需要额外参数的情况下能够准确地模拟冻土的衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变行为,并为分析冻土蠕变特性与理论模拟提供理论基础。
在分析桩土支撑体系及其相互作用关系的基础上,利用有限元分析软件ANSYS建立了群桩体系计算模型,为解决土体非均质、成层以及边界条件难以确定的问题提供参考。通过对均质土体例题计算结果分析,可以看出利用本文建模方法与传统解答有很好的一致性,对解决上述几个问题是有效的。