一种循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估模型

本发明属于道路工程，涉及一种循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估模型。

背景技术：

1、粗粒土具有空隙率大、渗透性强等特性，压实后，其具有压实度高、抗剪强度大等优良的工程特性，且粗粒土分布广泛，获取便捷，因此在公路建设过程中经常会被用作路堤填筑材料。在实际的道路工程中，路基结构主要承受车辆荷载的作用。车辆荷载是一种循环力，其方向和振幅会产生周期性变化，在循环荷载作用下路基填料的应力响应是复杂多变的，它会随着荷载大小以及荷载作用时间等因素的不同而改变。因此，要研究粗粒土路基填料在循环荷载作用下的变形及稳定性，必须要认清粗粒土填料在车辆循环荷载作用下的变形发展规律。

2、随着粗粒土在路堤填筑中的广泛应用，国内外学者对粗粒土的动力学行为有了初步研究，建立了考虑应力状态及动荷载次数的粗粒土永久变形预测模型。但大多是列车荷载作用下粗粒土累积变形及稳定性方面的研究，对公路车辆荷载作用下粗粒土累积变形特性研究较少。由于公路上汽车的行驶速度不同，不同荷载作用时间势必会对粗粒土的累积变形产生影响。因此，在试验研究时考虑加载频率的影响十分有必要，但现有大多数粗粒土累积变形预测模型未考虑荷载作用频率因素。目前仍存在公路行车荷载作用下累积变形预测精度较低的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估模型，能够便捷、准确的获得粗粒土的累积变形，科学指导其在路基填筑的应用，解决了现有技术中存在的问题。

2、本发明实施例中所采用的技术方案是，一种循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估模型，具体按照以下步骤进行：

3、s1：通过击实试验确定所研究粗粒土的最大干密度和最佳含水率。

4、s2：制备粗粒土试样，通过动三轴试验研究粗粒土的累积变形特性，获取粗粒土在不同含水率、偏应力及荷载频率下的累积变形值；

5、s3：以最小体积应力和八面体剪应力来表达应力状态对累积变形的影响，建立累积变形预估模型；

6、s4：根据动三轴试验结果拟合，得到循环荷载作用下粗粒土累积变形预估模型参数。

7、进一步的，所述步骤s3中，粗粒土累积变形的计算模型见下式：

8、

9、式中εp是累积变形；n是循环加载次数；σm是一定应力条件下的最小体应力；τoct是八面体剪应力；ωomc是最佳含水率，ω是含水率；σatm为参考应力(大气压强)，pa＝101.3kpa；α1，α2，α3，α4，α5，α6是回归系数。

10、研究表明，路基填料的侧向应力约为28kpa，本文选用的围压为28kpa。因此，变为了常数项，将其归入到回归系数α1中，则粗粒土累积变形的计算模型更改为如下式所示：

11、

12、因为εp不能为负，而且α1与εp成正比关系，所以α1不能为负值；由于n，τoct，ω和f的这些因子均会提高土体的累积变形，所以各因子的系数α2，α3，α4和α5也应为正。

13、进一步的，所述步骤s2中，用于动态三轴试验的样品高度为200mm，直径为100mm，选取6.9％、7.8％和9.1％三种含水率展开研究，采用压实度为93％；

14、动三轴试验中荷载形式为半正弦波，频率0.5hz，1hz，3hz，加载时间0.2s，卸载时间0.8s，围压选取28kpa，偏应力水平分别设置为25kpa、45kpa和60kpa，以第10000次加载后的结果作为试样永久变形值。

技术特征：

1.一种循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估方法，其特征在于，所述步骤s3中，粗粒土累积变形的计算模型见下式：

3.根据权利要求1所述的一种循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估方法，其特征在于，所述步骤s2中，用于动态三轴试验的样品高度为200mm，直径为100mm，采用压实度为93％；

技术总结
本发明公开了一种循环荷载作用下粗粒土累积变形的综合预估模型。具体为：通过击实试验确定所研究粗粒土的最大干密度和最佳含水率；通过动三轴试验，研究了粗粒土在循环荷载下的累积变形响应，获取不同偏应力、含水率及荷载频率下粗粒土累积变形值。通过三轴试验系统和基本性能试验获得基本参数，以最小体积应力和八面体剪应力来表达应力状态对粗粒土累积变形的影响，将各影响函数相乘，建立累积变形预估模型，根据动三轴实验数据拟合得到模型参数。该模型综合反映了物理状态、约束效应、剪切效应和循环荷载等主要影响因素，具有较高的预估精度，可为循环荷载作用下粗粒土的累积变形分析及预测提供有益的参考。

技术研发人员：何忠明,陈杜,王盘盘
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13