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重载铁路路基粗颗粒填料静动力性能试验研究

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摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 粗粒土静动力学研究现状

1.3.2 粗粒料室内试验研究现状

1.3.3 工程粗颗粒填料研究现状

1.4 本文主要工作

2 重载铁路粗颗粒填料常规物理力学性质试验

2.1 引言

2.2 颗粒分析试验及填料制备

2.2.1 颗粒分析试验方法

2.2.2 筛分试验

2.2.3 试验数据分析方法

2.2.4 河砂颗粒级配的确定

2.2.5 卵石颗粒级配的确定

2.2.6 粗颗粒填料的制备

2.3 击实试验

2.3.1 试验目的

2.3.2 仪器设备

2.3.3 试验方法

2.3.4 击实试验结果及处理

2.4 本章小结

3 重载铁路粗颗粒填料静三轴试验研究

3.1 引言

3.2 预设围压下超大试样持续振动试验系统

3.2.1 试验系统研制目的

3.2.2 试验系统研制过程

3.3 静三轴试验方案

3.3.1 试样制作

3.3.2 试验方法及试验过程

3.4 粗颗粒填料静三轴试验结果分析

3.4.1 数据处理方法

3.4.2 压实度对填料抗剪强度及变形特性的影响研究

3.5.3 含水率对填料抗剪强度及变形特性的影响研究

3.5 邓肯-张本构模型参数研究

3.5.1 邓肯-张E-v模型原理

3.5.2 E-v模型参数确定

3.5.3 初始变形模量参数研究

3.6 本章小结

4 重载铁路粗颗粒填料动三轴试验研究

4.1 引言

4.2 动三轴试验原理

4.2.1 动三轴试验原理

4.2.2 动强度及其破坏标准

4.3 动三轴试验方案

4.3.1 试验方案

4.3.2 试验仪器

4.4 粗颗粒填料累积变形分析研究

4.4.1 累积动应变发展类型研究

4.4.2 压实度对粗颗粒填料变形特性影响研究

4.4.3 围压对粗颗粒填料变形特性影响研究

4.4.4 含水率对粗颗粒填料变形特性影响研究

4.5 粗颗粒填料动强度分析研究

4.5.1 压实度对粗颗粒填料动强度影响研究

4.5.2 围压对粗颗粒填料动强度影响研究

4.5.3 含水率对粗颗粒填料动强度影响研究

4.6 本章小结

5 三轴试验中围压分布方式对试验结果的影响研究

5.1 引言

5.2 有限元软件计算方法

5.2.1 ABAQUS有限元软件简介

5.3 围压分布对静三轴试验影响研究

5.3.1 有限元计算模型

5.3.2 围压对静三轴试验的影响

5.4 围压分布对动三轴试验影响研究

5.4.1 有限元计算模型

5.4.2 围压分布对动三轴试验影响

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢

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摘要

重载铁路路基占线路的比重很大,一般超过70%。路基作为重载铁路的下部结构,不但要承受线路上部结构的重量,还要承受列车荷载的反复作用。粗粒土是重载铁路路基核心层填料,但目前对其在重载列车往复作用下的动力特性研究不多。
  本文依托国家863课题和企业科技创新项目,对朔黄重载铁路路基的粗粒填料进行了基本物理性质试验、静动三轴试验,全面测试了粗颗粒填料基本物理性质指标和静动力学性能;分析了围压、含水率、压实度等与粗颗粒填料的静动强度和塑性变形的关系;并用有限元程序建立模型,分析了静水围压和空气围压对粗颗粒静动三轴试验结果的影响。主要研究工作及结论如下:
  (1)选取河砂与卵石,结合朔黄铁路现场的细颗粒土配制出A组填料。测得其最优含水率、最大干密度。
  (2)利用MTS液压伺服系统与常规大型三轴仪构建了“预设围压下超大试样持续振动试验系统”,解决了常规大型三轴仪无法进行小围压下持续振动试验的问题。并利用此仪器进行了不同围压、压实度、含水状态的静动三轴试验。
  (3)分析了粗颗粒填料在不同状态下的抗剪强度,得到了邓肯-张本构模型参数,并对参数进行了比较研究。
  (4)研究了循环荷载作用下,围压、压实度、含水状态对轴向累积变形的影响,及相应动强度与动强度指标的变化规律。将累积应变曲线分为三种类型:稳定型、破坏型、临界型。定义了动应力比R与临界动应力比Rf,研究了围压、含水率、压实度对临界动应力比的影响。
  (5)用ABAQUS有限元程序建立模型,分析了静水围压和空气围压对粗颗粒填料静动三轴试验结果的影响。
  研究成果可供重载铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计参考和利用。

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