专利名称：一种确定人造多晶冰的动力学参数的试验方法
技术领域：
本发明基于低温动三轴试验研究轨道交通动力荷载作用下人造多晶冰的动力本构关系与力学参数指标，为青藏铁路列车行驶高温高含冰量路基振动反应定量评价积累基础资料。
背景技术：
冻土动力学研究从上世纪七十年代开始，国内外学者主要针对冻土地震工程而开展，基于室内外试验，提出了各种经验公式，获得了大量非常有意义的成果，大力促进了冻土地震工程学的发展。但是，交通荷载作用下冻土的动力特性研究，因荷载的特殊性而有别于地震荷载作用下的研究。目前，关于轨道交通动力荷载作用下的冻土动力本构关系与参数的研究工作较少。朱占元、凌贤长等基于冻土动三轴试验，引入等效线性化模型，研究了北麓 河路基冻结粘土在轨道交通动力载荷作用下的动力本构关系与力学参数指标，据此研究了青藏铁路等列车行驶冻土路基动力反应特性。然而，青藏铁路134km高温高含冰量路段含有大量含土冰层，列车行驶对含土冰层或者冰层有何影响至今罕见于文献。冰是一种比较特殊的固体材料，在自然状态的多数情况下，所处环境的温度接近冰的融点；从物理性质考虑可以将冰分为单晶冰和多晶冰，而在自然界中冰的主要存在形式为多晶冰。
发明内容
试验时快速取冰样安装至低温三轴试验机，放进三轴低温压力腔中等压固结10 min,进行试验。轴向动荷载为压-压型正弦波，由最大应力、最小应力及频率决定。为了更好地模拟交通荷载对应变速率的影响，将最大应力作为变量，采用分级循环加载每级循环加载振动12圈，见图I。加荷级数为12级以上，各试件的动荷载相同以资对比研究，见表1，以轴向应变5%为终止标准。试验控制条件见表2，共考虑3种不同温度、频率下的本构关系与动力学参数试验。
表I泳的动力学参数试验动荷栽分级(CT3=O.3MPa)
加荷 数 I 2 3 4 I 5 6 7 g I 9 ... CTlmilMPa 0.698 , 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 | 0.698 ...
i! !!5 !! ~ ............................
qMr‘MPa 1.030 1.363 1.697 2.0302.363 2.697 3.030 3.363 j 3.697 ...
Cr MPa 0.166 0.333 0.499 0.6660.833 0.999 1.166 1.333 1.499 ...
} j jj j j
注％为輸向循坏动应力幅值^每iS载荀不变，OJ31^增加 0.333MPaB
权利要求
1.一种确定人造多晶冰的动力学参数的试验方法，其特征在于 第一步，试验时快速取冰样安装至低温三轴试验机，放进三轴低温压力腔中等压固结.10 min,进行试验； 轴向动荷载为压-压型正弦波，由最大应力、最小应力及频率决定； 为了更好地模拟交通荷载对应变速率的影响，将最大应力作为变量，采用分级循环加载每级循环加载振动12圈； 加荷级数为12级以上，为轴向循环动应力幅值,σ =( CTlmsjl - CTlffiin )!2;毎S载荷不 变，增加0.333MPa.各试件的动荷载相同，以轴向应变5%为终止标准。取围压 CT3=OJMPa,共考虑 3 种不同温度-0,5 -1.0 -1,5 三种频率 I Hi、2 Hz、3 Hz 下的本构关系与动力学参数试验； 第二步，基于自编MATLAB试验分析程序，获得各试件拟合动力学本构模型参数； 第三步，当围压:σ3、频率j相同时，根据实验结果获得3种不同负温条件下的关系的骨干曲线以及动弹性模量、粘性系数；当负温八围压:σ3相同时，根据实验结果获得3种不同频率条件下的σΑ··-·勺关系的骨干曲线以及动弹性模量、粘性系数； 第四步对以上试验成果，采用多元回归分析方法，可以获得动弹性模量与各影响因素之间关系如下所示
2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于低温三轴试验机为美国MTS公司生产的MTS-810型振动三轴材料试验机，配有自动数控与数据采集系统，围压范围(T20MPa，负温范围为常温'30 °C，频率范围为(Γ50Ηζ，最大轴向负荷为250kN，最大轴向位移为.50mmo
3.根据权利要求1-2所述的试验方法，其特征在于所采用冰样为分别依据土工试验方法标准(GB/T50123-1999)、地基动力特性测试规范(GB/T 50269-1997)制备人工冻结法冰试件。
4.根据权利要求1-3所述的试验方法，其特征在于采用标准方法批量制备所述冰样，选用的冰样为粒径<2 mm的人造各向同性多晶冰制作圆柱状冰样，直径61. 8 mm，长度125mm,平均密度为O. 87 g. cm_3。
5.根据权利要求1-4所述的试验方法，其特征在于所述冰样用橡皮膜封闭放入恒温箱，在给定的试验温度下恒温48 h以上，温度误差为±0. 1°C。
全文摘要
一种确定人造多晶冰的动力学参数的试验方法。基于低温动三轴试验，研究人造多晶冰在轨道交通分级循环荷载作用下的本构关系与动力学参数指标。在不同负温、频率条件下，考察试件轴向动应力-应变关系曲线，获得冰的发明1的摘要动力本构关系可以用线性粘弹性模型描述；动弹性模量随着温度的升高而降低，随频率增大而增大；粘性系数随着温度的升高而增大，随频率增大而减小的结论；据此，建立了动力学参数指标动弹性模量、粘性系数与温度、频率之间的综合表达式。
文档编号G01N3/32GK102890036SQ20121040680
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者朱占元, 凌贤长, 陈士军, 张锋, 邹祖银, 王立娜, 李琼林, 郭子红 申请人:朱占元