列車(chē)荷載作用下壓實(shí)花崗巖殘積土累積變形特性試驗(yàn)研究

尹 松, 劉鵬飛, 孫玉周, 李新明, 閆 盼, 王志留

(1. 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430071;2. 中原工學(xué)院 建筑工程學(xué)院,鄭州 450007)

花崗巖殘積土屬區(qū)域性特殊土,廣泛分布于我國(guó)東南部省份[1]。隨著華南地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善和交通運(yùn)輸行業(yè)的迅猛發(fā)展,花崗巖殘積土富集帶路基填筑工程量巨大[2]。該類(lèi)土雖具有較優(yōu)的力學(xué)特性,但因液塑限高、孔隙比大,且遇水易濕化崩解[3-4],工程應(yīng)用往往受限。壓實(shí)花崗巖殘積土工程載體易受環(huán)境氣候條件影響,其作為路用材料工程應(yīng)用時(shí),需重點(diǎn)關(guān)注其變形特性及穩(wěn)定性[5]。結(jié)合壓實(shí)花崗巖殘積土的荷載形式、應(yīng)力狀態(tài)及物理?xiàng)l件,研究多條件耦合下壓實(shí)花崗巖殘積土在列車(chē)循環(huán)振動(dòng)作用下的變形特性,對(duì)于深入認(rèn)識(shí)花崗巖殘積土的動(dòng)力特性及其工程敏感性具有重要意義。

在過(guò)去,動(dòng)三軸被廣泛用于研究循環(huán)荷載作用下土的長(zhǎng)期永久變形。研究?jī)?nèi)容包括永久應(yīng)變隨振動(dòng)循環(huán)次數(shù)的發(fā)展規(guī)律、永久變形與微觀結(jié)構(gòu)的聯(lián)系、不同振動(dòng)條件對(duì)土體應(yīng)變累積特性的影響等方面[6-7]。殘積土因其非均質(zhì)性和區(qū)域差異性,難以對(duì)不同地域殘積土的動(dòng)力變形特性一概而論[8]。因此,研究者開(kāi)始通過(guò)進(jìn)行類(lèi)似的動(dòng)三軸試驗(yàn),探究花崗巖殘積土的累積塑性變形特性。祝方才等[9]研究發(fā)現(xiàn)在吸力一定的情況下,衡陽(yáng)非飽和花崗巖殘積土的動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變骨干曲線(xiàn)呈雙曲線(xiàn)型,且隨著凈圍壓增大向上移動(dòng);劉新宇等[10-11]評(píng)價(jià)了振幅和頻率對(duì)殘積土的動(dòng)力損傷和變形影響;陳志波等通過(guò)動(dòng)三軸試驗(yàn)研究了振次對(duì)福州原狀花崗巖殘積土動(dòng)應(yīng)變的影響,并將其應(yīng)變曲線(xiàn)分為三種典型類(lèi)型。證實(shí)了花崗巖殘積土的動(dòng)力特征與軟黏土、紅黏土等類(lèi)別土具有一定的相似規(guī)律,但其外部加載條件差異所導(dǎo)致的變形特性存在差異,對(duì)其動(dòng)力特性研究應(yīng)結(jié)合堆填物的賦存條件進(jìn)行針對(duì)性分析。

但值得商榷的是,由于設(shè)備局限性,動(dòng)三軸設(shè)備不能模擬主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。眾所周知,路基土體單元應(yīng)力分量大小和方向會(huì)隨著列車(chē)荷載的作用時(shí)間而不斷變化[12-13],導(dǎo)致作用在土單元體上的主應(yīng)力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn),從而形成“心型”應(yīng)力路徑[14-15]。而主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)加劇土體的永久累積變形[16-17]。以動(dòng)三軸設(shè)備模擬列車(chē)荷載必然會(huì)導(dǎo)致殘積土的累積塑性應(yīng)變偏低,影響工程安全,這一點(diǎn)在相關(guān)研究文獻(xiàn)中也得到了報(bào)道[18-20]。因此,有必要使用更高級(jí)的空心圓柱扭剪系統(tǒng)來(lái)模擬實(shí)際列車(chē)荷載引起的花崗巖殘積土體的復(fù)雜應(yīng)力變化。

綜上所述,本文借助GCTS空心圓柱扭剪試驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了心型應(yīng)力加載路徑,最大程度模擬了列車(chē)荷載的作用形式。結(jié)合花崗巖殘積土分布地區(qū)的多雨氣候特點(diǎn),研究了列車(chē)荷載形式作用下圍壓、含水率、加載幅值以及應(yīng)力路徑等因素對(duì)壓實(shí)花崗巖殘積土累積變形特性的影響,應(yīng)用理論數(shù)學(xué)模型對(duì)累積變形進(jìn)行預(yù)測(cè),并對(duì)模型的適用性進(jìn)行驗(yàn)證和擴(kuò)展。研究可為該類(lèi)土體工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 土樣性質(zhì)和試驗(yàn)方法

1.1 土樣性質(zhì)

取樣場(chǎng)地位于廣東省臺(tái)山市,參考TB 10102—2023《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》[21],對(duì)臺(tái)山花崗巖殘積土進(jìn)行基本物性試驗(yàn),詳細(xì)指標(biāo)如表1和圖1所示。由表1和圖1可知,該類(lèi)土自由膨脹率較小,天然含水率和液塑限較高;最優(yōu)含水率w=19.5%,最大干密度ρ=1.70 g/cm3。土體類(lèi)別屬含砂高液限黏土。殘積土顆粒分布存在間斷級(jí)配現(xiàn)象,不均勻系數(shù)Cu>10,曲率系數(shù)Cc<1。土樣主要成分為黏土礦物(高嶺石)和石英,含少量黃鐵礦。

圖1 花崗巖殘積土顆粒級(jí)配和擊實(shí)曲線(xiàn)

表1 花崗巖殘積土的物理特性指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器為GCTS-動(dòng)態(tài)空心圓柱扭剪儀。相較傳統(tǒng)動(dòng)三軸設(shè)備,其可以施加獨(dú)立變化的內(nèi)、外圍壓、反壓以及軸向、扭剪循環(huán)動(dòng)荷載;可以設(shè)置多種加載波形,如正弦波、矩形波以及自定義波形,能夠模擬交通、海浪等復(fù)雜的應(yīng)力路徑,體現(xiàn)主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。

1.3 制樣方法與應(yīng)力條件

重塑試樣尺寸為200 mm×100 mm×50 mm(50 mm為內(nèi)徑),該尺寸可使試樣端部約束導(dǎo)致的應(yīng)力不均勻性處于可控水平[22];為貼近工程實(shí)際,試樣以最優(yōu)含水率為基準(zhǔn),并設(shè)置過(guò)干或過(guò)濕含水率以模擬極端狀況。不同含水率試樣的制樣方法參考文獻(xiàn)[18],試樣的平均應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力水平如圖2所示[23]。

圖2 空心試樣及其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

1.4 試驗(yàn)方法

為模擬工程中鐵路路基的真實(shí)排水條件,獲得路基土體最大可能變形,試驗(yàn)在排水排氣條件下進(jìn)行[24]。分別對(duì)不同含水率試樣在30 kPa、50 kPa、100 kPa三種圍壓下進(jìn)行穩(wěn)壓固結(jié),穩(wěn)壓固結(jié)期間內(nèi)外圍壓保持恒定,其中飽和試樣應(yīng)先在設(shè)備上完成飽和再固結(jié)。

待試樣變形穩(wěn)定或固結(jié)完成后(<0.01 mm/min)進(jìn)行循環(huán)扭剪試驗(yàn),考慮路基實(shí)際服役狀態(tài),設(shè)定累積應(yīng)變超過(guò)5%時(shí)試驗(yàn)停止。循環(huán)三軸試驗(yàn)作為對(duì)比試驗(yàn),除未設(shè)置主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)外(未設(shè)置剪應(yīng)力),其他參數(shù)均與循環(huán)扭剪試驗(yàn)相同。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器實(shí)測(cè)動(dòng)應(yīng)力和有限元模擬,并考慮列車(chē)荷載影響深度、路基基床形式以及車(chē)速等因素影響[25-26],本文設(shè)置如表2所示的扭剪動(dòng)應(yīng)力荷載組合以模擬“心型”應(yīng)力路徑。加載頻率f根據(jù)實(shí)際列車(chē)時(shí)速200 km/h計(jì)算取為2 Hz,具體加載波形和動(dòng)應(yīng)力荷載組合方案如圖3和表2所示。

圖3 加載波形

表2 路基土體單元?jiǎng)討?yīng)力組合

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

正式進(jìn)行動(dòng)力加載試驗(yàn)前對(duì)輸出波形進(jìn)行檢驗(yàn),確保其與輸入波形一致。輸出時(shí)程曲線(xiàn)及心型應(yīng)力路徑如圖4所示。可見(jiàn),輸出時(shí)程曲線(xiàn)的σzd和τdzθ值均與設(shè)計(jì)值相符。輸出的應(yīng)力路徑與設(shè)計(jì)應(yīng)力路徑雖有偏差,但整體處于可控范圍。表明通過(guò)空心扭剪儀雙向振動(dòng)實(shí)現(xiàn)“心型”應(yīng)力路徑是切實(shí)可行的,能夠模擬列車(chē)荷載下路基土體實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)。

圖4 輸出時(shí)程曲線(xiàn)及心型應(yīng)力路徑

2.1 動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

選取典型動(dòng)力加載條件下(σc=30 kPa,σzd=30 kPa)試樣滯回曲線(xiàn)進(jìn)行分析,如圖5所示。由圖5可知,滯回曲線(xiàn)表現(xiàn)出明顯滯后性和應(yīng)變累積性。隨著循環(huán)加載次數(shù)增加,滯回曲線(xiàn)之間的距離和包圍面積逐漸減小,曲線(xiàn)中軸線(xiàn)斜率逐漸變大,表明加載過(guò)程中花崗巖殘積土的塑性應(yīng)變逐步減小,剛度逐漸增大。

圖5 循環(huán)扭剪條件下土體動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

此外,由于殘積土的水敏性,含水率對(duì)土樣應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系影響較大。低含水率試樣(w=16.0%)的滯回曲線(xiàn)隨N的增加并未發(fā)生明顯的變化;初始含水率試樣(w=19.5%)的滯回曲線(xiàn)在N>100后接近重合,2 000次循環(huán)加載后滯回曲線(xiàn)集中堆積,表明土樣的應(yīng)變發(fā)展趨于穩(wěn)定。隨著試樣含水率達(dá)到23.0%和飽和狀態(tài)時(shí),滯回曲線(xiàn)在N<2 000時(shí)不斷向右移動(dòng),塑性應(yīng)變發(fā)展較快,且在N>2 000后仍在持續(xù)右移并逐漸堆積,發(fā)展趨勢(shì)不易穩(wěn)定。

2.2 圍壓對(duì)累積變形特性的影響

由于w=16.0%～26.4%含水率條件下,不同軸向應(yīng)力幅值試樣累積塑性應(yīng)變隨圍壓的發(fā)展規(guī)律較為相近,選取σzd=30 kPa時(shí)不同圍壓下土體累積塑性應(yīng)變隨荷載作用次數(shù)的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析,如圖6所示。

圖6 不同圍壓下的累積塑性應(yīng)變

對(duì)比發(fā)現(xiàn),隨著圍壓的增大,試樣累積塑性應(yīng)變值εa呈減小趨勢(shì),前期應(yīng)變發(fā)展隨圍壓的增大不斷減慢,且達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的N值增大。此外,圍壓的影響程度隨含水率的增加越發(fā)明顯,例如w=19.5%時(shí),試樣在50 kPa和100 kPa圍壓下的極限累積應(yīng)變差值僅為0.03%,w=26.4%時(shí),兩種圍壓下的極限累積應(yīng)變差值可達(dá)0.40%,且尚未出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)發(fā)展。這主要是含水率的增加導(dǎo)致土體顆粒間水膜增厚,粒間黏聚力降低,潤(rùn)滑作用增強(qiáng),圍壓的改變對(duì)顆粒間的嵌擠作用影響明顯所致。

2.3 加載幅值對(duì)累積變形特性的影響

選取圍壓σc=50 kPa條件下,含水率分別為w=19.5%、23.0%條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析動(dòng)應(yīng)力幅值對(duì)試樣累積應(yīng)變特性的影響,如圖7所示。

圖7 不同動(dòng)應(yīng)力幅值下土體累積塑性應(yīng)變

由圖7可知,經(jīng)過(guò)相同循環(huán)加載次數(shù)的試樣,動(dòng)應(yīng)力幅值越大,其累積應(yīng)變?cè)酱蟆?yīng)力幅值不同,累積應(yīng)變隨荷載作用次數(shù)的發(fā)展速度也不同。隨著加載次數(shù)的增加,應(yīng)變發(fā)展速率由于應(yīng)力幅值的不同,存在不同程度的減緩。

另外對(duì)比圖7(a)、圖7(b)發(fā)現(xiàn),殘積土的水敏性導(dǎo)致應(yīng)力幅值對(duì)不同含水率下試樣變形影響差異較大。w=19.5%時(shí),隨應(yīng)力幅值增大,累積應(yīng)變?cè)龇鄬?duì)較小且隨作用次數(shù)增加迅速趨于穩(wěn)定;w=23.0%時(shí),應(yīng)變隨應(yīng)力幅值增大而增幅明顯,隨作用次數(shù)增加,應(yīng)變?nèi)杂芯徛l(fā)展趨勢(shì)。

2.4 含水率對(duì)累積變形特性的影響

殘積土多分布于熱帶及亞熱帶地區(qū),受風(fēng)化作用影響,土中礦物成分復(fù)雜,水敏性較強(qiáng)。其作為路基填料進(jìn)行工程應(yīng)用時(shí)需著重注意多雨環(huán)境影響。圖8給出了σc=50 kPa條件下不同含水率下試樣的累積塑性應(yīng)變發(fā)展曲線(xiàn)。

圖8 不同含水率土樣累積塑性應(yīng)變及應(yīng)變穩(wěn)定值

分析可知,不同軸向加載幅值條件下,εa隨含水率增加逐漸增大。含水率過(guò)高將導(dǎo)致土體累積塑性應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)改變,難以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

σzd=20～40 kPa,τzθ=4～8 kPa條件下,低含水率試樣(w=16.0%)在N<100時(shí)便已趨于穩(wěn)定,εa值不超過(guò)0.02%,初始含水率(w=19.5%)試樣的εa值同樣較小,N<1 000時(shí)趨于穩(wěn)定,εa<0.20%。試樣增濕至w=23.0%時(shí),累積應(yīng)變?cè)龇^w=19.5%高達(dá)2倍以上。試樣增濕至飽和狀態(tài)時(shí),應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)已完全不同于前三者,εa值隨N的增大不斷增大,應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)由穩(wěn)定型轉(zhuǎn)化為指數(shù)發(fā)展型,且加載幅值越大,該趨勢(shì)越明顯。分析認(rèn)為,這主要是因?yàn)榧虞d頻率較高導(dǎo)致試樣孔隙水無(wú)法充分排出,土體空隙內(nèi)產(chǎn)生一定動(dòng)水壓力,使得土體顆粒組成被破壞,減弱了土體抗變形能力,該壓力越大,破壞效應(yīng)越明顯,這也與路基實(shí)際工作狀態(tài)中的加載及排水條件相似。所以路基填筑應(yīng)充分考慮車(chē)輛荷載和水環(huán)境耦合作用下材料的水穩(wěn)性能及變形特性,注意增設(shè)防排水設(shè)施,保持路基良好的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

2.5 應(yīng)力路徑對(duì)累積變形特性的影響

圖9給出了σzd=20 kPa、40 kPa,σzd=50 kPa,w=19.5%及w=26.4%時(shí),三軸及循環(huán)扭剪動(dòng)力加載路徑下試樣的累積塑性應(yīng)變發(fā)展規(guī)律。

圖9 各應(yīng)力路徑下土體累積塑性應(yīng)變

由圖9可知,相同圍壓、含水率及豎向動(dòng)應(yīng)力加載幅值下,兩種應(yīng)力路徑試樣的累積塑性應(yīng)變發(fā)展規(guī)律存在一定差異。“心型”應(yīng)力路徑加載條件下主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)效應(yīng)增加了試樣的應(yīng)變的累積量,甚至改變了累積應(yīng)變的發(fā)展模式。

w=19.5%試樣在兩種加載路徑下應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)相似,應(yīng)變差值不超過(guò)0.05%且最終均趨于穩(wěn)定。而隨試樣含水率增高至w=26.4%時(shí),“心型”應(yīng)力路徑下試樣累積應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)不同于三軸定向動(dòng)力加載應(yīng)力路徑下的試樣累積應(yīng)變發(fā)展規(guī)律,其εa值大幅增長(zhǎng),“心型”應(yīng)力路徑下試樣累積應(yīng)變最高可達(dá)到定向剪切路徑試驗(yàn)結(jié)果的2倍以上,且不再存在穩(wěn)定值,演化為發(fā)展型規(guī)律曲線(xiàn)。這主要是因?yàn)椤靶男汀眲?dòng)力加載應(yīng)力路徑應(yīng)變?cè)隽看嬖诜枪草S特性,隨著主應(yīng)力軸的旋轉(zhuǎn),應(yīng)力不斷被加載、卸載,但塑性應(yīng)變卻在循環(huán)加載中逐漸累積,無(wú)法完全恢復(fù)。此外,當(dāng)含水率升高,主應(yīng)力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)也會(huì)引起孔壓升高,試樣內(nèi)部顆粒排列方式被破壞,且程度加劇。所以扭剪耦合動(dòng)力加載易加劇試樣的累積變形發(fā)展程度,工程設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)中應(yīng)予以注意。

2.6 累積塑性應(yīng)變發(fā)展速率變化規(guī)律

通過(guò)單位振次累積塑性應(yīng)變表征累積應(yīng)變發(fā)展速率,分析圍壓、動(dòng)應(yīng)力幅值和含水率對(duì)應(yīng)變發(fā)展速率的影響,如圖10所示。

圖10 累積塑性應(yīng)變發(fā)展速率變化規(guī)律

分析認(rèn)為,整體上壓實(shí)花崗巖殘積土的累積應(yīng)變發(fā)展速率vεa呈加速度不斷衰減的模式,N<100時(shí)已完成大幅度衰減,表明土體塑性應(yīng)變已完成大量累積。圍壓增大可加快累積應(yīng)變發(fā)展速率vεa的衰減,例如σzd=30 kPa,σc=30 kPa時(shí),試樣的vεa在循環(huán)加載次數(shù)N為170時(shí)達(dá)到穩(wěn)定,圍壓增加至100 kPa時(shí),各含水率試樣的應(yīng)變發(fā)展速率在N<20時(shí)便完成大幅衰減。反映了相同條件下,深埋土體的變形更加易于穩(wěn)定。

此外,動(dòng)應(yīng)力幅值的增加會(huì)延長(zhǎng)累積應(yīng)變發(fā)展速率的衰減時(shí)間,例如σc=30 kPa條件下,當(dāng)σzd從30 kPa增加至40 kPa,土體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的循環(huán)次數(shù)N從170次延后到400次,即軸向動(dòng)應(yīng)力幅值越大土體變形更難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。高含水率試樣的累積應(yīng)變發(fā)展速率衰減程度明顯大于低含水率試樣,其土體變形更難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖11給出了含水率w=19.5%和w=26.4%的試樣在不同動(dòng)力加載應(yīng)力路徑條件下(循環(huán)扭剪和循環(huán)三軸),單位振次累積塑性應(yīng)變與循環(huán)次數(shù)的雙對(duì)數(shù)關(guān)系。對(duì)比試樣的累積應(yīng)變發(fā)展速率vεa可發(fā)現(xiàn),相同循環(huán)加載次數(shù)下,循環(huán)扭剪試驗(yàn)的累積應(yīng)變發(fā)展速率vεa衰減程度小于循環(huán)三軸定向加載試驗(yàn)。隨循環(huán)次數(shù)增加,應(yīng)變發(fā)展速率vεa差異更為明顯且含水率越高該規(guī)律越明顯,進(jìn)一步說(shuō)明了動(dòng)力加載應(yīng)力路徑對(duì)于含水率較高的土體的應(yīng)變發(fā)展速率影響較大,應(yīng)予以重視。通過(guò)循環(huán)三軸定向加載試驗(yàn)得到的累積變形值和變形速率衰減值過(guò)于冒險(xiǎn),對(duì)于列車(chē)振動(dòng)所引起的累積塑性變形應(yīng)充分考慮應(yīng)力路徑及土體物理狀態(tài)造成的影響。

圖11 累積塑性應(yīng)變發(fā)展速率變化規(guī)律

3 累積應(yīng)變預(yù)測(cè)分析

由第2章分析結(jié)果可知,通過(guò)循環(huán)扭剪和循環(huán)三軸定向加載試驗(yàn)得到的試樣累積塑性應(yīng)變發(fā)展曲線(xiàn)形態(tài)可歸納為穩(wěn)定型和發(fā)展型兩種。而目前的累積塑性應(yīng)變預(yù)測(cè)多為穩(wěn)定性和發(fā)展型單一形態(tài)累積應(yīng)變發(fā)展預(yù)測(cè)。所以本文對(duì)張勇[27]所提出的穩(wěn)定型累積應(yīng)變預(yù)測(cè)模型參數(shù)進(jìn)行分類(lèi)調(diào)控,如式(1)所示

(1)

若累積應(yīng)變發(fā)展曲線(xiàn)為穩(wěn)定型,γ>0。其中N為循環(huán)作用次數(shù),α、β、γ為與土的性質(zhì)和應(yīng)力條件相關(guān)的參數(shù)。α代表應(yīng)變達(dá)到穩(wěn)態(tài)的速度;β的大小與含水率成反比;γ反映了應(yīng)變發(fā)展曲線(xiàn)的形態(tài)。若累積應(yīng)變發(fā)展曲線(xiàn)為發(fā)展型,即γ<0,此時(shí)設(shè)γ=0,模型可演變?yōu)榘l(fā)展型曲線(xiàn)的預(yù)測(cè)模型,其中,α反映應(yīng)變曲線(xiàn)發(fā)展的速度;β的大小與試樣物理狀態(tài)相關(guān)。以圍壓σc=100 kPa時(shí)不同含水率的花崗巖殘積土的累積應(yīng)變發(fā)展規(guī)律為例進(jìn)行擬合。擬合結(jié)果和參數(shù)如圖12和表3所示。

圖12 累積塑性應(yīng)變擬合曲線(xiàn)

表3 模型擬合參數(shù)

由圖12和表3可知,模型能夠較好地?cái)M合循環(huán)扭剪和三軸試驗(yàn)結(jié)果,相關(guān)系數(shù)較高,具有良好適用性。其用于預(yù)測(cè)列車(chē)荷載作用下土體累積應(yīng)變隨加載次數(shù)的發(fā)展規(guī)律效果較好。

分析發(fā)現(xiàn),循環(huán)三軸加載試驗(yàn)中,殘積土試樣的累積塑性應(yīng)變發(fā)展曲線(xiàn)全部為穩(wěn)定型發(fā)展趨勢(shì);而循環(huán)扭剪加載的試樣中,部分試樣隨著含水率的升高,動(dòng)應(yīng)力幅值較高的試樣累積塑性應(yīng)變由穩(wěn)定型向發(fā)展型轉(zhuǎn)化,飽和試樣累積塑性應(yīng)變發(fā)展曲線(xiàn)全部為發(fā)展型。

分析擬合參數(shù)發(fā)現(xiàn),穩(wěn)定性發(fā)展曲線(xiàn)中(γ>0),α值代表應(yīng)變達(dá)到穩(wěn)態(tài)的速度,α值越小,應(yīng)變?cè)皆邕_(dá)到穩(wěn)態(tài)。不同加載條件,α值差異明顯,整體而言,相比于循環(huán)三軸定向加載條件,循環(huán)扭剪加載條件下的α值較高,試樣含水率和β值呈反比,含水率越高,β值越小,相對(duì)應(yīng)的εa值越大;對(duì)于發(fā)展型曲線(xiàn)(γ=0),α值則反映了曲線(xiàn)發(fā)展的速度,α值越小,應(yīng)變發(fā)展越快,越難以穩(wěn)定,整體而言,相比于循環(huán)三軸定向加載條件,循環(huán)扭剪加載條件下的α值較小;β值隨含水率的升高而增大,說(shuō)明εa迅速增加并產(chǎn)生破壞。

整體而言,該預(yù)測(cè)函數(shù)能夠考慮列車(chē)循環(huán)振動(dòng)作用下花崗巖殘積土塑性變形的類(lèi)型,可對(duì)土體的長(zhǎng)期累積塑性應(yīng)變進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 結(jié) 論

(1) 殘積土的滯回曲線(xiàn)在加載過(guò)程中呈現(xiàn)明顯滯后性和應(yīng)變累積性。高含水率試樣變形難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。圍壓對(duì)于高含水率試樣的累積塑性應(yīng)變發(fā)展具有明顯抑制作用。

(2) 殘積土的水敏性導(dǎo)致應(yīng)力幅值對(duì)不同含水率下試樣變形影響差異較大。隨著試樣含水率的增大,累積應(yīng)變隨應(yīng)力幅值增大而增幅明顯。高含水率土體的累積應(yīng)變發(fā)展難以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。路基施工和維護(hù)應(yīng)注意控制含水率變化。

(3) 相同豎向加載應(yīng)力條件下,心型應(yīng)力路徑下的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)效應(yīng)增加了試樣的應(yīng)變累積量,甚至改變了高含水率試樣累積應(yīng)變的發(fā)展模式。作為鐵路路基土應(yīng)充分考慮主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響。

花崗巖殘積土的累積應(yīng)變發(fā)展速率在N<100時(shí)已完成大幅度衰減,高圍壓有利于發(fā)展速率衰減,動(dòng)應(yīng)力幅值增加會(huì)延長(zhǎng)發(fā)展速率的衰減時(shí)間。心型應(yīng)力路徑下試樣的累積應(yīng)變發(fā)展速率顯著高于循環(huán)三軸定向加載路徑。

累積應(yīng)變預(yù)測(cè)模型可較好地對(duì)兩種應(yīng)力路徑下穩(wěn)定型和發(fā)展型的累積應(yīng)變曲線(xiàn)進(jìn)行擬合和預(yù)測(cè)。擬合參數(shù)能夠反映加載條件、物理狀態(tài)等因素對(duì)于土體變形特性的影響。