凍融作用下原狀黃土力學行為劣化試驗與數(shù)值模擬研究.pdf

1、凍融作用對土體工程力學行為的影響是巖土工程領域中一個重要的研究課題。土體受到凍融循環(huán)作用后，由于凍融過程中冷生作用的影響，土體的結構的變化會導致其物理力學性質發(fā)生相應的改變。在寒冷地區(qū)進行邊坡支護、路塹開挖、路基修建等基礎建設活動時，土體受到凍融循環(huán)作用之后，必須考慮其物理力學性質的改變，從而對土體的變形和穩(wěn)定性進行分析。因此，對土體受到凍融循環(huán)后其物理力學性質的改變的研究不僅具有較高的研究價值，同時也具有較強的現(xiàn)實意義。針對當前原狀土

2、凍融循環(huán)后力學性質研究相對薄弱的現(xiàn)狀，本文以蘭州原狀黃土為研究對象，該試驗采用的是封閉條件下的凍融循環(huán)試驗，以干密度、含水量、凍融循環(huán)周期、凍結溫度為影響因素，展開了一系列的凍融循環(huán)試驗研究，主要的研究成果如下：
　　(1)通過對凍融循環(huán)前后的土樣進行不固結不排水常規(guī)三軸剪切試驗，應用兩種不同形式的方法求取土樣強度參數(shù)。經分析發(fā)現(xiàn)，土樣含水量越低，其粘聚力越大。凍融循環(huán)后，土樣的粘聚力均減小。首次凍融循環(huán)后，土樣粘聚力降低比較大。

3、含水量低的土樣經過凍融循環(huán)后粘聚力降低的幅度較大。凍結溫度低的土樣，經凍融后其粘聚力的變化較大。土樣的干密度越大，凍融后其粘聚力降低幅度越大。對于內摩擦角來說，凍融前后其數(shù)值變化微小，經凍融循環(huán)后，土樣內摩擦角呈現(xiàn)增大趨勢，但是個別土樣內摩擦角呈現(xiàn)降低趨勢，但是增減幅度在0°到2°之間。
　　(2)凍融循環(huán)前后土樣的應力-應變曲線均呈現(xiàn)：峰值后軟化類型和逐漸硬化類型。隨著圍壓的增大，土樣的應力-應變關系曲線從峰值后軟化型向應變硬化

4、型轉化且凍融作用不改變土樣應力-應變曲線形式。同圍壓、同一土樣的軸向應變對應的偏應力來說，未凍融土偏應力值總是高于凍融土偏應力值。在相同凍融條件下，含水量越高的土樣，凍融前后土樣在同一軸向應變對應偏應力的差值就越小。含水量高的土樣凍融循環(huán)后，其破壞強度減少的較小。說明凍融循環(huán)作用，對含水量低的土樣應力-應變關系曲線影響較大，而對于含水量高的土樣應力-應變關系曲線影響相對較小。
　　(3)基于鄧肯-張本構模型,對試驗數(shù)據(jù)進行擬合分析

5、,得到凍融前后土樣的初始切線模量和主應力差漸近值,并進行對比分析。應用回歸分析，建立以初始含水量ω、干密度ρ、圍壓?3為影響因素的凍融土鄧肯-張本構模型。得到模型參數(shù) a、b，以及抗剪強度和應力破壞比。將試驗所得應力-應變關系曲線與模型所得應力-應變關系曲線進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者較為吻合。說明此模型能夠較好的反映初始含水量ω、干密度ρ、圍壓?3下凍融土的力學性質。
　　(4)基于Matlab平臺中神經網絡工具箱，建立關于初始切線模量（

6、主應力差漸近值）和初始干密度、初始圍壓、含水量、凍融次數(shù)之間關系的 BP土樣模型。后應用檢驗樣本進行檢驗，得到預測值相對誤差較小，能夠全面的反映土樣力學參數(shù)與各影響因素之間的關系。
　　(5)應用有限元軟件ABAQUS，基于熱對流方式，進行凍融循環(huán)模擬，可得到不同初始條件下，土樣的溫度場變化情況?；贛ohr-Coulomb本構模型對土樣進行熱-力耦合分析，得到豎向應力-應變曲線。將模擬所得抗剪強度值與試驗所得抗剪強度值進行對比，