冻土动力学是寒区岩土工程所要考虑的重要内容,是研究冻土抗震和抗长期循环荷载的理论基础。本文主要介绍了冻土动力学参数的测试方法,回顾了冻土动力学参数、冻土动强度、冻土动蠕变破坏特征和冻土动蠕变强度的研究进展,并对部分冻土动态本构模型和动蠕变模型进行了简单的介绍,最后对冻土动力学的发展趋势进行了展望。
高寒高海拔地区路基的蠕变行为对道路工程的可靠性具有一定影响。为了更准确地模拟多年冻土区冻土的蠕变行为,依托已有的试验结果对冻土黏塑性损伤行为展开了研究,揭示了冻土的渐进损伤行为和快速损伤行为。应用分数阶黏塑性理论,构建了一个可以描述蠕变应力小于屈服应力时冻土不可逆变形和蠕变应力抵达屈服应力时冻土损伤行为的黏塑性损伤模型,并采用分数阶梯度描述了冻土抛物线屈服准则的非正交特性。然后,结合构建的黏塑性损伤模型与弹簧、Abel阻尼器建立了一个冻土的分数阶损伤蠕变模型。通过数值计算对模型参数进行了分析,揭示了参数对冻土蠕变行为的影响和参数的灵敏性,并利用温冻土的蠕变试验结果对分数阶损伤蠕变模型的有效性进行了验证。结果表明:提出的黏塑性损伤模型不仅可以较好地表征冻土的黏塑性行为与损伤效应,而且使用分数阶导数和屈服函数可以直接确定黏塑性应变的方向,从而避免了引入黏塑性势函数的复杂性;根据模型计算结果与温冻土蠕变试验结果的对比情况,所建立的分数阶损伤蠕变模型在不需要额外参数的情况下能够准确地模拟冻土的衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变行为,并为分析冻土蠕变特性与理论模拟提供理论基础。
作为冻土的一个重要力学参数,塑性屈服应力受诸多因素制约,如冻土温度、含水率和受力状态等。为探究蠕变对冻土塑性屈服应力的影响,引入融土的一维蠕变模型量化研究冻土蠕变对其塑性屈服应力的影响,以青藏铁路沿线具有代表性的黏土作为研究对象,进行了不同时长的蠕变试验和K0逐级加载试验。试验结果表明,针对融土提出的一维蠕变模型在描述冻土蠕变-卸载-加载过程中有很好的适用性。通过试验对比分析和计算结果得知,塑性屈服应力是初始塑性屈服应力、压缩系数和回弹系数的函数,且其对数与蠕变应变(时间)呈线性关系,这一量化关系能够较好地描述冻土塑性屈服应力与蠕变应变(时间)的发展规律。
受力历史是影响冻土力学行为的关键因素。引入融土中考虑应力历史的一维蠕变模型并进行了相应修正,使其能够反应温度对冻土蠕变特性的影响,通过不同温度条件下的K0加载试验获取相关模型参数,经过回归分析得到了各参数与温度的函数关系。通过对比试验和模型计算结果表明,修正后得到的冻土一维蠕变模型在预测不同温度条件下土体的蠕变发展规律时具有较好的预测精度。同时,随着施加压力的增大,该模型能够准确描述当外压力超过其历史上所受最大压力时所产生的应变急剧增长现象。因此,该模型可以作为寒区工程稳定性分析和设计的可靠依据。
对冻结粉土(兰州黄土)在不同围压下进行了轴向振动三轴蠕变试验,振动频率为5Hz,荷载振幅为2.5MPa,试验温度为-5℃.试样含水量为22.5%,干容重为1.55g/cm3.通过对试验资料的分析提出了冻土在振动荷载作用下的三轴蠕变模型,并对模型中各参数的物理意义及变化规律进行了讨论.