《炭質泥岩路堤動力濕化變形及損傷失穩機理研究》是依託長沙理工大學，由曾鈴擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：炭質泥岩路堤動力濕化變形及損傷失穩機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曾鈴
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在炭質泥岩廣泛分布地區，將其用於路堤填築不可避免，但在車載動力及雨水滲入作用下極易造成填料的後續崩解及強度劣化。雖在填築時採取了必要防範措施，但目前對炭質泥岩填料的動力濕化變形及劣化機理尚缺乏研究，導致炭質泥岩路堤失穩現象時有發生。.本項目針對該問題，開展了以下工作：首先依據路堤填築指標設計路堤模型試驗來對炭質泥岩路堤在動力-濕化影響下的變形及水分遷移特徵進行分析；其次將無損檢測技術與三軸試驗結合，引入CT損傷概念，開展動力濕化條件下的強度劣化機理及動力-濕化損傷模型的研究。同時，基於Hoek-Brown準則，推導能考慮損傷特徵的Mohr-Coulomb強度等效間接解法，建立能考慮動力及濕化損傷的炭質泥岩強度計算方法，設計合理的炭質泥岩路堤穩定性計算流程。最後，建立路堤穩定性評價體系，提出動力-濕化條件下的路堤失穩機理。研究成果對完善我國耐久性路堤建造技術具有重大的經濟和社會效益。
結題摘要
炭質泥岩分布廣泛，具有強度低、遇水易崩解、風化速率快的特點。在材料貧乏地區採用充分崩解炭質泥岩作為路堤填料勢在必行，現有預崩解炭質泥岩路堤在濕熱環境與車輛動荷載的長期作用下常出現較大變形，甚至發生整體失穩。本研究對預崩解炭質泥岩物理力學性質、乾濕循環與動荷載作用下應力應變特徵及其本構模型、考慮乾濕循環與動力損傷效應的路堤穩定性進行了系統研究，具體研究工作如下： (1) 通過開展基本物理力學性質試驗，得到了預崩解炭質泥岩天然含水率、顆粒分布曲線、不均勻係數、曲率係數、塑限、液限、塑性指數、最佳含水率、最大幹密度等路用性能指標，建立了不同壓實度預崩解炭質泥岩土水特徵Van-Genuchten模型。 (2) 預崩解炭質泥岩抗剪強度、同一軸向應變所對應的偏應力與壓實度、圍壓成正比，與體積含水率、乾濕循環次數成反比，同一軸向應變所對應的側向應變與壓實度、圍壓成反比，與體積含水率、乾濕循環次數成正比。預崩解炭質泥岩粘聚力、摩擦角與壓實度成線性正相關，與乾濕循環次數成雙指數負相關，體積含水率越大，粘聚力越小，摩擦角基本不變。 (3) 提出了可以描述預崩解炭質泥岩軸向應變、側向應變與動荷載作用次數之間關係的永久變形預估模型。 (4)在分析預崩解炭質泥岩應力應變特徵的基礎上，推導了基於對數函式的非線性本構模型，編寫了對數本構模型數值計算程式，驗證了數值計算程式的正確性，非線性對數本構模型擬合預崩解炭質泥岩應力應變曲線的效果顯著優於鄧肯-張模型。 (5)降雨開始後，路堤坡面附近土體基質吸力變化規律可以歸納為基本穩定、快速降低、緩慢降低與持續升高四個階段。 (6)移動荷載作用下，同一時刻，水平方向動位移值、動應力值自車輛荷載移動路徑向兩側逐漸減小，豎直方向動位移值、動應力值從上往下依次減小，動應力的消散具有一定遲滯效應。 (7)提出了一種可以考慮乾濕循環與動力損傷效應的路堤穩定性分析方法，並採用該方法對降雨入滲與車輛荷載作用下預崩解炭質泥岩路堤穩定性進行了數值計算。
