青藏铁路沿线负温填土长期动力力学特性试验研究

摘要

为了评价冻土区路基的稳定性，本文对土体长期振动荷载下的动力特性进行研究，通过室内试验和理论分析相结合的手段对青藏铁路沿线填土的动力力学特性（动剪切模量和阻尼比）进行了分析。首先开展了室内固结不排水长期循环三轴试验，分析了不同负温、循环应力比对路基粉质黏土和地基砂土的动剪切模量和阻尼比等动力特性的影响。结果表明，路基粉质黏土的动剪切模量与温度呈现明显的负相关性，且随着循环应力比增大而呈现出较明显的增长趋势，阻尼比随着动剪切模量的增长而减小；地基砂土的动剪切模量和阻尼比受温度的影响与粉质黏土的响应规律呈现相同趋势，在温度为–10℃与循环应力比为0.2的相同条件下动剪切模量增至1.22倍，而阻尼比则减少到0.66倍。值得注意的是，砂土动剪切模量在循环应力比约为1时响应达到峰值，即动应力幅值达到围压时循环应力比增大，阻尼比增大而动剪切模量则呈现减小的趋势。随后在Wichtmann提出的高周循环模型基础上，建立了动剪切模量预测模型，能良好地反映动剪切模量在温度和循环应力比影响下，随振动次数变化的响应规律，通过拟合参数w₀反映动剪切模量随循环应力比先增后减的规律，拟合数学关系显示长期振动次数约在13 000次或振动时长8 min以上时，土体的动力响应规律发生了明显变化。最后，基于Hardin-Drnevich双曲线模型对动剪切模量和阻尼比的试验结果进行拟合，得到了动剪切模量与阻尼比的函数关系式，从而能大致预测阻尼比随动剪切模量变化的趋势及范围，随着归一化剪切模量的增大阻尼比呈现出减小的趋势。

关键词

青藏铁路 / 负温动三轴试验 / 动力力学参数 / 循环应力比 / 高周循环预测经验模型

基金资助

中国铁道科学院集团有限公司基金项目（2020YJ037）