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地铁列车行驶振动荷载作用下饱和泥炭土细观结构演化及变形特性研究

批准号:
52108346
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王立娜
依托单位:
学科分类:
岩土与基础工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王立娜

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
地铁列车行驶荷载作用下含有机质泥炭土累积变形特性的充分认知为控制泥炭土地基累积沉降治理措施的研究提供极其必要的理论基础。而目前对其累积变形特性的研究尚未系统展开。据此,本项目以昆明泥炭土为研究对象,从有机质含量和列车荷载改变泥炭土细观结构的角度出发,对泥炭土累积变形发展规律和机理进行了深入研究。首先利用模拟列车荷载作用的循环三轴和CT扫描试验,构造泥炭土细观结构演化方程并建立基于细观结构状态变量的回弹剪切模量、回弹体积模量、累积应变速率与累积方向经验模型。继而在经典弹塑性理论框架下,构建可以描述列车荷载作用下泥炭土细观结构变化引起的全应力空间的累积变形预测模型。最后提出了该模型在边值问题中的应用流程,并编制相应的计算程序。本研究对于阐明泥炭土累积变形发展机理及其在路基病害治理中的作用具有重要科学意义和应用价值,同时相关的技术理论可推广应用于泥炭土地区高速铁路、高速公路和民航机场等工程中。
英文摘要
The full recognition of the accumulative deformation characteristics of peat soil under long-term train load provides an extremely necessary theoretical basis for the study of controlling the accumulative settlement of peat soil foundation.Therefore, taking Kunming peat soil as the research object in this proposal, the development law and mechanism of accumulative deformation of peat soil from the perspective of organic content and train load changing peat soil microstructure will be studied. Firstly, the cyclic tri-axial tests of peat soil under train load, combined with CT scans, will be used to reveal the relationships between the state variables of meco-structure and the accumulative plastic strain of peat soil. Based on experimental evidence, the meso-structure evolution equation will be established. And the empirical models of the relationship between dynamic shear modulus, dynamic bulk modulus, accumulated strain rate and accumulated direction and meso-structure state variable are produced. Then a constitutive model which can describe the meso-structure change of peat soil under long-term train load will be presented. Lastly, a numerical strategy integrating the presented constitutive model is produced for the boundary value problem.This study has important scientific significance and application value to elucidate the development mechanism of accumulative deformation of peat soil and its role in roadbed disease control, and may be used in the construction of high speed railway, highway or airport in peat soil regions.
泥炭土地基由于疏松的结构形态在地铁列车行驶振动荷载作用下的显著工后沉降成为泥炭土地区地铁建设中亟待解决的技术难题。然而,作为研究控制工后沉降防治措施的极其必要的理论基础,地铁列车荷载作用下泥炭土累积变形发展规律和机理尚未系统开展研究。因此,本项目瞄准运营期泥炭土层地基动力累积沉降的主要驱动力—地铁列车行驶振动荷载,以昆明滇池地区不同有机质含量饱和泥炭土为研究对象,利用室内土工试验研究了泥炭土的基本物理性质、压缩特性、静力学强度特性。同时系统开展了泥炭土在地铁列车长期低幅往复循环荷载下循环三轴试验,研究了累积剪应变与累积体应变随着振动次数的发展模式。继而以动剪切模量和动体积模量作为反映泥炭土动力学性能的参数,提出以围压为0.1MPa抗剪强度为桥梁,来反映泥炭土物理力学性质的综合指标,分别建立动剪切模量和动体积模量与强度的关系模型。最后,构建了泥炭土累积剪应变的经验公式和累积方向比的经验公式,在经典弹塑性理论框架下建立了模拟泥炭土在地铁列车长期循环荷载下引起的全应力空间内累积变形预测模型,同时提出了该本构模型在模拟泥炭土地区构筑物边界值问题中的应用流程,并编制相应的计算程序。最后利用循环三轴试验结果对该模型进行了验证。研究成果为预测运营期工后沉降、评价地铁耐久性和合理确定病害防治措施等关键技术问题提供基础理论支撑。同时相关理论可推广应用于泥炭土地区高速铁路、公路和民航机场等工程中。
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