[發(fā)明專利]一種測定循環(huán)荷載下土工填料累積變形狀態(tài)荷載閾值的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410256612.7
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104020063A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅強(qiáng);劉鋼;張良;蔣良濰;熊勇;孟偉超;侯振斌;盧良青;李浩;鄒亮明
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測定循環(huán)荷載下土工填料累積變形狀態(tài)荷載閾值的方法，屬于土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鐵路路基結(jié)構(gòu)的上部即基床部分，長期承受來自列車荷載的循環(huán)作用，產(chǎn)生的累積變形會(huì)嚴(yán)重影響軌道結(jié)構(gòu)的平順性，進(jìn)而影響行車速度及行車安全。因此，必須限制基床的累積變形。我國現(xiàn)行規(guī)范要求無砟軌道路基總的工后沉降不大于15mm，它主要是為路基結(jié)構(gòu)下面的地基的工后沉降考慮的，也即要求基床結(jié)構(gòu)不能發(fā)生明顯的累積變形。對于有砟軌道結(jié)構(gòu)，在長期的運(yùn)營過程中，可通過起撥道、墊砟、振搗等工務(wù)維修方式來保持軌道結(jié)構(gòu)的平順性，允許有一定的累積變形產(chǎn)生，但為了保證鐵路的高效運(yùn)行及線路的有效利用，也要求基床結(jié)構(gòu)累積變形及其發(fā)展速率必須在較低的水平內(nèi)，并在一定的使用年限內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定而不至于發(fā)生破壞。因而，如何控制基床結(jié)構(gòu)在循環(huán)荷載作用下的累積變形，使其滿足線路結(jié)構(gòu)的正常使用要求，是修建包括高速鐵路在內(nèi)的高等級鐵路的關(guān)鍵技術(shù)之一。就目前人們對土工填料本構(gòu)模型的認(rèn)識水平以及模型參數(shù)存在極大變異性的現(xiàn)實(shí)條件，通過精確計(jì)算出長期循環(huán)荷載作用下基床結(jié)構(gòu)的累積變形值，進(jìn)行基床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，既困難也不可靠。已有文獻(xiàn)資料表明，土工填料在循環(huán)荷載作用下其累積變形將呈現(xiàn)出不同的演化狀態(tài)。通過測定出構(gòu)筑基床結(jié)構(gòu)的土工填料在循環(huán)荷載作用下其累積變形不同演化狀態(tài)的荷載閾值，使得基床結(jié)構(gòu)承受的列車循環(huán)荷載作用水平小于相應(yīng)的荷載閾值，從而使基床結(jié)構(gòu)累積變形得到有效控制的思路，從理論上和實(shí)際操作中都是切實(shí)可行的。對于無砟軌道基床結(jié)構(gòu)要求不發(fā)生明顯累積變形，即累積變形的演化處于快速穩(wěn)定狀態(tài)；對于有砟軌道基床結(jié)構(gòu)允許有一定的累積變形產(chǎn)生但須保證基床結(jié)構(gòu)不至于破壞，即累積變形的演化處于緩慢穩(wěn)定狀態(tài)。

現(xiàn)有技術(shù)中，對于循環(huán)荷載作用下土工填料累積變形演化狀態(tài)的分類主要包括以下兩種：其一是兩狀態(tài)劃分，即不同荷載水平下累積變形演化呈穩(wěn)定或破壞狀態(tài)；其二是三狀態(tài)劃分，即低荷載水平下處于穩(wěn)定狀態(tài)，高荷載水平處于破壞狀態(tài)，在穩(wěn)定與破壞狀態(tài)之間存在一個(gè)臨界狀態(tài)，即累積變形演化是趨于收斂或發(fā)散的不確定狀態(tài)。應(yīng)該來講，這些狀態(tài)的劃分很難與不同等級鐵路基床結(jié)構(gòu)累積變形狀態(tài)控制要求相對應(yīng)，尤其是無砟軌道的不可維修性，需要基床結(jié)構(gòu)滿足快速穩(wěn)定的狀態(tài)控制要求更是無據(jù)可依。另外，對于累積變形演化狀態(tài)的區(qū)分，現(xiàn)有技術(shù)多采用動(dòng)三軸儀進(jìn)行循環(huán)加載試驗(yàn)，得到累積變形隨荷載作用次數(shù)的變化曲線。通過觀察累積變形曲線形態(tài)在半對數(shù)坐標(biāo)下的“凹凸”變化等特征來描述相應(yīng)的狀態(tài)，估計(jì)相應(yīng)的荷載閾值。存在以下不足：(1)由于動(dòng)三軸儀試驗(yàn)設(shè)備價(jià)格較為昂貴，尤其是用于開展粗顆粒土工填料試驗(yàn)的大型動(dòng)三軸儀，大多數(shù)土工試驗(yàn)室和科研院所沒有配備。再加之試驗(yàn)操作相對繁瑣，對試驗(yàn)人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高，難以大規(guī)模在工程設(shè)計(jì)中普及；(2)受三軸試驗(yàn)試樣尺寸偏小和傳感測試精度的限制，難以獲得10^-4～10^-6小應(yīng)變條件下的力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)；(3)確定累積變形演化狀態(tài)的荷載閾值缺乏明確的判別標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致對試驗(yàn)結(jié)果分析存在較大的隨意性和主觀性。因而，提供一種簡單、明確的試驗(yàn)方法確定循環(huán)荷載作用下土工填料累積變形演化狀態(tài)的荷載閾值，為構(gòu)建基于累積變形控制的鐵路基床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法奠定基礎(chǔ)，在國內(nèi)大規(guī)模建設(shè)高速鐵路及中國高鐵技術(shù)“走出去”戰(zhàn)略大力推進(jìn)的今天，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，提供一種測定循環(huán)荷載下土工填料累積變形狀態(tài)荷載閾值的方法。該方法所需試驗(yàn)條件以及試驗(yàn)操作相對簡單，測出的荷載閾值更可靠、準(zhǔn)確，能為鐵路基床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與維護(hù)提供更可靠的試驗(yàn)依據(jù)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種測定循環(huán)荷載下土工填料累積變形狀態(tài)荷載閾值的方法，包括以下步驟：

A、試驗(yàn)準(zhǔn)備

A1、模型填土邊壁構(gòu)筑：在剛性基礎(chǔ)上漿砌磚墻形成正方形的模型填土腔，模型填土腔的邊壁間互不搭接，所述的邊壁的寬和高均為90cm，并在邊壁的外側(cè)緊貼、碼砌砂袋，碼砌砂袋的總高度≥90cm；

A2、模型填筑：將試驗(yàn)土工填料在模型填土腔內(nèi)按預(yù)定壓實(shí)度分層填筑模型，每層填筑厚度為10～30cm，模型填筑總高度為90cm；

A3、加載板安放：在填筑的模型上表面中心位置安放剛性的直徑為30cm的圓形加載板；

A4、位移傳感器布設(shè)：在圓形加載板上表面邊緣均勻布設(shè)三個(gè)位移傳感器，位移傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電連接；

B、試驗(yàn)加載及數(shù)據(jù)采集