为了解升温冻土在动荷载作用下动力特性变化规律,探究Hardin-Drnevich双曲线模型对冻土动力特性的适用性,以青海省G101公路沿线冻土为研究对象,用GDS动三轴系统模拟土体在实际情况下的固结及不同初始负温度环境梯度升温的过程,研究冻土阻尼比和动剪切模量随温度的变化规律。结果表明:负温对冻土阻尼比和动剪切模量影响显著。阻尼比随梯度升温的增大而增大,随初始负温度环境的降低而减小,随动应变的增加而增大;恒温冻土阻尼比的范围为0～0.05,升温冻土阻尼比范围为0～1; Hardin-Drnevich双曲线模型能够较好地描述阻尼比与动应变变化规律。动剪切模量范围为0～20 MPa,动剪切模量随梯度升温的增加而减小,随初始负温度环境的降低而增大,随动应变的增加而减小;动应变小于1%,动剪切模量急剧降低;动应变大于1%,动剪切模量缓慢降低,最终趋于平稳。本研究结果对寒区冻土公路在升温作用下的动力稳定性评估及路基抗振的性能设计具有参考作用。

冻土动力参数即是进行工程设计的依据,同时还为动力响应模拟提供必要参数。选取青藏铁路沿线粉质黏土为研究对象,通过试验分析了在不同的温度、围压、频率作用下冻土动弹性模量、动剪切模量、阻尼比的变化特性。利用等效黏弹性模型将动弹性模量(或动剪切模量)、动阻尼比与动应变幅值之间的关系具体化,并将以上函数曲线与Hardin双曲线进行拟合,确定等效黏弹性模型中的试验参数。试验发现,冻土动弹性模量与动剪切模量随温度的降低而升高,随围压、频率的升高而升高;动阻尼比随着温度降低而降低,随着围压升高而升高,随频率升高而降低。

随着国家经济建设程度的提高,"一带一路"战略的布局,寒区交通网络与房屋建筑工程日益增多,建设中面临着很多季节冻土相关的地基振动分析以及地震灾害风险评价等问题,以往关注较少的冻土动力学性能逐渐受到重视;由于受研究条件的限制,以往通过低温动三轴试验获得的冻土动剪切模量阻尼比参数,其可靠性有待提高。本文以国内首台低温共振柱仪为试验平台,对低温共振柱试验技术进行了摸索;对粘土、粉土及砂土3种典型土类进行了一系列不同温度、含水率及冻融循环次数的共振柱试验,并总结其动剪切模量阻尼比参数的变化模式及规律;初步研究了Ⅰ、Ⅱ类理想含季节冻土场地工况中的地震反应。试验技术从围压介质入手,经过方案比较,将氯丁橡胶膜与硅油作为围压介质;通过实测结果与前人成果,选择冻结时长为24h,而冻结温度则按照不同土类进行选择。按这套技术进行低温共振柱试验,测试结果离散性小且可靠性高。使用先进可靠的低温共振柱试验技术,研究负温下3种典型土类动剪切模量阻尼比变化的基本模式,并提出温度修正系数及其计算方法。结果表明,无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数...

通过对前人的试验成果进行整理,得到冻土动力学参数随温度、频率、应变幅、含水量和围压等因素的整体变化规律.整体上看,冻土的动弹性模量和动剪切模量随温度的降低而增大、随荷载振动频率的增加而增大、随动应变幅的增加而减小、随含水量的增加先增大后减小、随围压的增加而增大;冻土的泊松比随温度的降低而增大;冻土的阻尼比随温度的降低而减小,随频率、应变幅、含水量、围压的变化规律性不强.通过对试验条件和数值模拟时的实际工况对比分析,给出如下建议:动弹性模量和动剪切模量的预估适合用两段式线性模型,-5℃可以作为两段式的分界点;列车荷载作用下冻土的动力响应属于小应变幅的振动,冻土动力学参数应选择波速法的试验结果.

利用MTS-810型振动三轴试验机对不同加载频率、围压和温度下冻结黏土和冻结黄土的阻尼比变化规律进行研究。结果表明:不同频率、围压和温度下,对于冻结黏土,随动应变幅的增大,阻尼比呈先减小再缓慢增大的变化趋势;对于冻结黄土,阻尼比随动应变幅的增加先减小再逐渐保持不变。相同动应变幅下,冻结黏土和冻结黄土的阻尼比随加载频率的增加而减小,随围压的增加变化不大,温度为?0.2?1℃时,阻尼比的变化规律不明显,温度为?2℃时,阻尼比的取值显著小于?0.2?1℃时的阻尼比取值。当动应力水平较低时,阻尼比受频率的影响程度较大;当动应力水平较高时,阻尼比受温度的影响程度较大;在整个加载过程中,阻尼比受围压的影响程度最小。当动应变幅较小时,频率对冻结黄土的影响程度要大于冻结黏土,随动应力水平的增高,冻结黄土受频率的影响程度逐渐小于冻结黏土。在整个加载过程中,温度对冻结黄土的影响程度大于冻结黏土,而围压对冻结黄土的影响程度小于冻结黏土。

为了研究高温-高含冰量冻土这种极不稳定土体的动力学特性,开展了固结围压为0.3、0.5、1.0、3.0、5.0MPa,控制温度为-0.5、-1.0、-2.0、-4.0℃、初始含水率为50%的高含冰量青藏线重塑冻土的动三轴试验。根据试验结果,提出了用广义的双曲线模型来描述动应力-应变关系,并且给出了模型参数预报关系式;基于动弹性模量和轴向应变之间的非线性关系,提出σ3=0.5MPa为临界围压。当围压大于0.5MPa时,动弹性模量随着动应变的增大呈减小的趋势;当围压小于0.5MPa时,动弹性模量随着动应变先增大后又减小;此外,动阻尼比随应变幅值和围压的增大而增大,随着温度的降低,动阻尼比变小。

冻土的动力学参数既是工程设计的依据之一,也是数值模拟时不可缺少的参数。本文分析了取自青藏铁路的两种路基土,即粉质粘土和细砂的动弹性模量和动阻尼比变化特征。试验发现,冻结粉质粘土和冻结细砂的动力学参数随频率、温度和含水量的变化规律相同。冻土的动弹性模量随频率的增加或温度的降低而增加。含水量增加时,冻土的动弹性模量先增加后降低,在饱和含水量附近达到最大。冻土的动阻尼比随频率的增加或温度的降低而减小。含水量增加时冻土的动阻尼比略有增加。

在大量低温动三轴试验资料基础上,对冻土的动应力-应变关系试验成果进行了分析,给出试验温度、围压、土的含水量、轴向动荷载的振动频率和振动次数等对冻土的阻尼比的影响关系,得出了冻土温度、围压、频率是影响冻结粉质粘土动阻尼比的主要因素,即随着温度的降低、围压的减小、振动频率的增加,冻土的阻尼比减小的结论,从而为进一步深入开展冻土场地动力特性研究提供了基础的试验资料与研究结果。

在分析黑龙江省德都县震害基础上，提出季节冻土动力特性研究的必要性。根据大量低温动三轴应力－应变实验资料给出冻土的动弹模量、动泊桑比、动剪切模量、动阻尼比的数值及它们与冻土温度、振动频率的关系。