王婧+劉大鵬+張紅偉

摘要： 利用動三軸試驗研究了新疆風(fēng)積沙在不同試樣分別加載和同一試樣分級加載兩種應(yīng)力路徑下的臨界動應(yīng)力。通過對試驗結(jié)果分析得出兩種應(yīng)力路徑作用下的曲線均可分為三種類型：衰減型、臨界型和破壞型。動應(yīng)力不同時，分級加載與分別加載的累積塑性應(yīng)變一般也不相同，分級加載時風(fēng)積沙的臨界動應(yīng)力比分別加載時的臨界動應(yīng)力高10kPa左右，因此進行動力特性測試時，為了保證研究成果的準確性，應(yīng)選擇合適的應(yīng)力加載路徑。

Abstract： The critical dynamic stress of aeolian sand in Xinjiang was studied by using two different loading paths，one is respectively loading on different samples，the other is multi-stage loading on one sample. The curves of the two kinds of stress paths can be divided into three types： attenuation type，critical type and failure type. The cumulative plastic strain is not the same when dynamic stress is different in the case of two stress paths. The critical dynamic stress of multi-stage loading is 10kPa more than respectively loading. In order to ensure the accuracy of the research results， appropriate stress loading paths should be chosen.

關(guān)鍵詞： 風(fēng)積沙；應(yīng)力路徑；臨界動應(yīng)力；試驗研究

Key words： aeolian sand；loading path；critical dynamic stress；experimental study

中圖分類號：TU43 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）31-0118-03

0 引言

風(fēng)積沙是新疆荒沙漠地區(qū)公路常用的路基填料，以往的設(shè)計都是基于靜態(tài)參數(shù)，易導(dǎo)致路基早期病害的出現(xiàn)，特別是采用低路堤方案時，因此有必要對風(fēng)積沙的動力特性進行研究，對于新疆風(fēng)積沙的動力特性研究方面，劉大鵬等[1]研究了風(fēng)積沙在循環(huán)荷載作用下的變形特性。土的臨界動應(yīng)力是土的動力特性的一個重要指標，對于土的臨界動應(yīng)力，很多學(xué)者進行了相關(guān)的研究工作，并取得了豐碩的研究成果。關(guān)彥斌等[2]研究了壓實粉土的臨界動應(yīng)力，肖軍華等[3]研究了路基壓實粉土的臨界動應(yīng)力，劉曉紅等[4]采用動三軸試驗研究了原狀結(jié)構(gòu)紅粘土的臨界動應(yīng)力。上述研究在進行動三軸試驗確定土體的臨界動應(yīng)力和變形特性時，沒有考慮應(yīng)力加載路徑的影響，從而會導(dǎo)致試驗結(jié)果的準確性較差，而在進行數(shù)值模擬和其他計算中需要準確的參數(shù)，因此需要考慮應(yīng)力加載路徑的影響。

為了探明應(yīng)力加載路徑對土體動力特性的影響，特別是對臨界動應(yīng)力的影響，本文采用新疆某高速公路路基填料取土場的風(fēng)積沙進行了動三軸試驗，研究了不同試樣分別加載和同一試樣分級加載兩種應(yīng)力路徑下的臨界動應(yīng)力，得出了應(yīng)力路徑對風(fēng)積沙臨界動應(yīng)力的影響規(guī)律。

1 試驗材料及試驗儀器

1.1 試驗材料

試驗材料選用風(fēng)積沙，取自新疆某高速公路某路基填料取土場，風(fēng)積沙的基本物理力學(xué)性質(zhì)已通過相應(yīng)的試驗確定，如表1所示。

1.2 試驗儀器

試驗儀器采用空心圓柱扭剪試驗儀。主要包括三大系統(tǒng)：壓力控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和主機設(shè)備。壓力控制系統(tǒng)主要進行圍壓、軸壓和反壓的設(shè)置；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括采集設(shè)備和GDSLAB軟件，在試驗過程中自動記錄相關(guān)試驗數(shù)據(jù)；主機設(shè)備可進行軸向和徑向雙向加載，軸向加載范圍為0～10kN，頻率變化范圍為0～2Hz，加載波形可根據(jù)試驗要求選取或采用用戶自定義波形。該儀器可以進行動態(tài)真三軸試驗，空心圓柱扭剪試驗儀如圖1所示。

1.3 試樣

采用專門的制樣設(shè)備制作重塑試樣，試樣含水率為12%（最佳含水率），壓實度為96%，試樣尺寸為100×200（mm）。制作試樣時，分三層進行，稱取一層土的質(zhì)量，然后放入制樣設(shè)備，通過專用設(shè)備壓實。為了保證層與層之間連接，在放入上層土前，將下層土表面拉毛。

2 試驗方案

交通荷載傳遞到路基的應(yīng)力變化規(guī)律為：當交通荷載接近特定點時，該點受到的應(yīng)力從無到有，從零變化到最大值，而后交通荷載遠離該點，荷載從最大值逐漸減小，當達到一定距離時，該點受到的應(yīng)力重新變?yōu)榱?，符合半正弦波的特征，因此本試驗中加載波形選用半正弦波。通過編制波形程序加載到相應(yīng)模塊，即可實現(xiàn)半正弦波的加載。同時考慮交通荷載和路基的實際情況，確定圍壓和荷載作用頻率。共采用7組試樣，對前6組試樣，每組只施加一種類型的動應(yīng)力，對第7組試樣施加6種不同的動應(yīng)力，具體試驗方案如表2所示。

3 試驗結(jié)果

對于風(fēng)積沙路基來說先承受較小的動應(yīng)力然后再承受較大的動應(yīng)力，可以提高其動應(yīng)力，對保持路基的長期動力穩(wěn)定性具有積極的意義。

4 結(jié)論

①不同應(yīng)力加載路徑時，風(fēng)積沙的？著p-N關(guān)系曲線類型均有三種：衰減型、臨界型和穩(wěn)定型。

②當動應(yīng)力小于臨界動應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)一定時，分級加載的累積塑形應(yīng)變小于分別加載時的累積塑形應(yīng)變。

③對同一試樣分級加載時得到的臨界動應(yīng)力比對不同試樣分別加載得到的臨界動應(yīng)力要大，因此在進行動三軸試驗時，要根據(jù)試驗要求選擇合適的應(yīng)力加載路徑。

④為了保持路基的長期動力穩(wěn)定性，道路修建完成后可以先采用較小的動應(yīng)力進行預(yù)壓。

參考文獻：

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