專利名稱：疲勞動三軸試驗測定控制動剪應變的方法
技術領域：
本發明涉及地基土動力特性的土工試驗技術領域，尤其涉及一種疲勞動三軸試驗 測定控制動剪應變的方法。
背景技術：
目前鐵路路基的長期動力穩定性評價方法主要有三種臨界動應力法、有效振動 速度法和動剪應變法。其中，最常用的是臨界動應力法和動剪應變法。路基基床土在列車動力、循環荷載作用下會產生動剪應變。當動剪應變較小時，基 床動剛度隨振次的增加而增大；當動剪應變增大到超過某一個值時，動剛度隨振次的增加 而減小，該界限動剪應變值被稱為控制動剪應變。當路基基床的剪應變小于所述控制動剪 應變時，土體產生應變硬化，路基基床在長期動荷載作用下是穩定的；當路基基床的剪應變 大于所述控制動剪應變時，土體產生應變軟化，路基基床在長期動荷載作用下將失穩。由此 可以看出，控制動剪應變是評價鐵路路基的長期動力穩定性非常重要的參數。現有的測定 土樣的控制動剪應變主要是采用共振柱試驗。然而，由于共振柱試驗機試驗費用較高，一般 的土工試驗室和科研院校都沒有共振柱試驗機，共振柱試驗機難以普及的問題很大程度上 制約了地基土動力特性的研究。并且，采用共振柱試驗機測定控制動剪應變，涉及參數眾 多，過程十分復雜。因此，亟待提供一種簡單有效試驗測定控制動剪應變的方法以克服上述 缺陷。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種簡單有效的疲勞動三軸試驗測定控制動 剪應變的方法，該方法采用動三軸儀來測試土樣的動力特性，獲得地基土的控制動剪應變， 極大提高了鐵路基床動力穩定性評價的試驗效率，并且可以有效降低試驗費用。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種疲勞動三軸試驗測定控制動剪應變的 方法，其包括以下步驟(1)在動三軸儀中裝好土樣，對其施加固結壓力并打開排水閥以使所述土樣排水 固結；(2)關閉排水閥，施加豎向靜應力σ。后施加相應的豎向動應力σ d，所述豎向動應 力σ d的循環次數大于等于10000次；(3)記錄在所述豎向動應力σ d作用下，各循環次數所對應的豎向總動應變ε d ；(4)卸除所述豎向動應力σ d，打開排水閥，讓土樣靜置一段時間，以使土樣的結構 得到充分的恢復；(5)對應改變豎向靜應力σ。和豎向動應力σ d的大小，重復步驟⑵ (4)，測得 并記錄不同的豎向動應力Qd和豎向靜應力σ。作用下，各循環次數所對應的豎向總動應變
和(6)計算不同的豎向動應力Od和豎向靜應力σ。作用下，不同循環次數所對應的動模量Ed，分別在同一坐標系下繪制不同豎向動應力σ d對應的動模量和循環次數的關系 曲線，即Ed IgN曲線，根據各Ed IgN曲線計算所述土樣的控制動剪應變Y d。。本發明的疲勞動三軸試驗測定控制動剪應變的方法采用動三軸試驗儀器進行地 基土疲勞動力試驗，獲得地基土的控制動剪應變，可極大的提高鐵路基床動力穩定性評價 的試驗效率。并且，動三軸試驗儀器普及度高，可以有效降低試驗費用。優選地，所述步驟(6)具體包括以下步驟(a)按公式& =^(1-^)計算不同豎
向動應力％作用下，不同循環次數對應的動模量Ed，其中，μ為土樣的泊松比；(b)分別 在同一坐標系中繪制不同豎向動應力作用下的動模量和循環次數的關系曲線，即Ed IgN 曲線；(c)分析各Ed IgN曲線，確定土體結構發生臨界塑性變形時的動模量，然后按公式
圮= (I-，)計算出對應的動應變；(d)以土樣的豎向動應變為^dl= ε d，側向動應變
為e d2 = 0.5 ε dl，以r 。1;。2為半徑，以點( 1+2 ,^ )為圓心，繪制應變莫爾圓，從
莫爾圓上讀出對應的最大動剪應變Ydmax，即為控制動剪應變Y d。。該過程涉及參數少，計算 過程簡單，快速便捷。優選地，所述步驟(2)中所述豎向靜應力σ。的大小為相應的所述豎向動應力σ d 大小的一半。優選地，所述步驟(4)中土樣的靜置時間大于1小時，以充分恢復土樣的結構。優選地，所述步驟(1)中的動三軸儀為應力控制式動三軸儀。通過以下的描述并結合附圖，本發明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發明 的實施例。
圖1為本發明疲勞動三軸試驗測定控制動剪應變的方法的一個實施例的流程示 意圖。
具體實施例方式現在參考附圖描述本發明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。如 上所述，本發明提供了一種簡單有效的疲勞動三軸試驗測定控制動剪應變的方法，該方法 采用動三軸儀來測試圖樣的動力特性，獲得地基土的體積動剪應變門檻值，極大提高了鐵 路基床動力穩定性評價的試驗效率，并且可以有效降低試驗費用。下面將結合附圖詳細闡述本發明實施例的技術方案。如圖1所示，本實施例的疲 勞動三軸試驗測定控制動剪應變的方法包括以下步驟步驟SlOl 在動三軸儀中裝好土樣，對其施加固結壓力并打開排水閥以使所述土 樣排水固結。具體的，按照《振動三軸試驗》(SL-237-032-1999)規定的操作規程在動三軸 儀中裝好土樣。所述動三軸儀優選為應力控制式動三軸儀。步驟S102 關閉排水閥，施加豎向靜應力σ。后施加相應的豎向動應力σ d，所述豎 向動應力σ d的循環次數大于等于10000次。所述豎向靜應力σ。的大小為相應的所述豎向動應力Od大小的一半。步驟S103 記錄在所述豎向動應力Qd作用下，各循環次數所對應的豎向總動應變％。步驟S104 卸除所述豎向動應力σ d，打開排水閥，讓土樣靜置一段時間，以使土樣 的結構得到充分的恢復。所述土樣的靜置時間大于1小時，且施加的所述豎向動應力越大， 所述靜置時間越長。步驟S105 對應改變豎向靜應力σ。和豎向動應力Od的大小，重復步驟(2) (4)，測得并記錄不同的豎向動應力Qd和豎向靜應力ο。作用下，各循環次數所對應的豎向 總動應變ε d。步驟S106 計算不同的豎向動應力Od和豎向靜應力ο。作用下，不同循環次數所 對應的動模量Ed，分別在同一坐標系下繪制不同豎向動應力σ d對應的動模量和循環次數 的關系曲線，即Ed IgN曲線，根據各Ed IgN曲線計算所述土樣的控制動剪應變Y d。。進一步地，該步驟包括(a)按公式& =^(1-^)計算不同豎向動應力σ d作用下，不同循環次數對應
ι-μ
的動模量Ed，其中，μ為土樣的泊松比。例如，對于軟塑形紅黏土，μ =0.38;對于可塑性 紅黏土，μ = 0. 35 ；對于硬塑性紅黏土，μ = 0. 32。(b)分別在同一坐標系中繪制不同豎向動應力作用下的動模量和循環次數的關系 曲線，即Ed IgN曲線;(c)分析各Ed IgN曲線，確定土體結構發生臨界塑性變形時的動模量，然后按公 式圮= (Ι-g)計算出對應的動應變；(d)以土樣的豎向動應變為edl = ε d，側向動應變為ε d2 = 0. 5 ε dl，以 r = ^ ； 為半徑，以點( +2Sd2 ^ )為圓心，繪制應變莫爾圓，從莫爾圓上讀出對應的
最大動剪應變Ydmax，即為控制動剪應變Y d。。該過程涉及參數少，計算過程簡單，快速便捷。運用本發明的方法測定武廣客運專線泉口試驗工點紅粘土不同固結比時的控制 動剪應變Y d。，結果見下表，其中包含了不同試驗條件下、不同含水比紅黏土的體積動剪應 變門檻Ytv。
權利要求
一種疲勞動三軸試驗測定控制動剪應變的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在動三軸儀中裝好土樣，對其施加固結壓力并打開排水閥以使所述土樣排水固結；(2)關閉排水閥，施加豎向靜應力σo后施加相應的豎向動應力σd，所述豎向動應力σd的循環次數大于等于10000次；(3)記錄在所述豎向動應力σd作用下，各循環次數所對應的豎向總動應變εd；(4)卸除所述豎向動應力σd，打開排水閥，讓土樣靜置一段時間，以使土樣的結構得到充分的恢復；(5)對應改變豎向靜應力σo和豎向動應力σd的大小，重復步驟(2)～(4)，測得并記錄不同的豎向動應力σd和豎向靜應力σo作用下，各循環次數所對應的豎向總動應變εd；和(6)計算不同的豎向動應力σd和豎向靜應力σo作用下，不同循環次數所對應的動模量Ed，分別在同一坐標系下繪制不同豎向動應力σd對應的動模量和循環次數的關系曲線，即Ed～lgN曲線，其中，N表示循環次數，根據各Ed～lgN曲線計算所述土樣的控制動剪應變γdc。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)具體包括以下步驟(a)按公式計算不同豎向動應力Qd作用下，不同循環次數對應的動 模量Ed，其中，μ為土樣的泊松比；(b)分別在同一坐標系中繪制不同豎向動應力作用下的動模量和循環次數的關系曲 線，即Ed IgN曲線;(c)分析各Ed IgN曲線，確定土體結構發生臨界塑性變形時的動模量，然后按公式圮= 計算出對應的動應變； ^d I"/"(d)以土樣的豎向動應變為^dl=￡d，側向動應變為ε d2 = 0.5 ε dl，以尸= gdl^gd2為半徑，以點(\Sdl 0 )為圓心，繪制應變莫爾圓，從莫爾圓上讀出對應的最大動剪應變Y ^x，即為控制動剪應變Ydc。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中所述豎向靜應力σο 的大小為相應的所述豎向動應力Qd大小的一半。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中土樣的靜置時間大于 1小時。
全文摘要
本發明公開了一種疲勞動三軸試驗測定控制動剪應變的方法，其包括(1)裝好土樣并使所述土樣排水固結；(2)關閉排水閥，施加豎向靜應力后施加相應的豎向動應力，該豎向動應力的循環次數大于等于10000次；(3)記錄在該豎向動應力作用下，各循環次數對應的豎向總動應變；(4)卸除豎向動應力使土樣的結構得到恢復；(5)對應改變豎向靜應力和豎向動應力的大小，重復步驟(2)～(4)，測得并記錄不同的豎向動應力和豎向靜應力作用下，各循環次數所對應的豎向總動應變；和(6)計算動模量，分別在同一坐標系下繪制不同豎向動應力對應的動模量和循環次數的關系曲線，根據各曲線計算土樣的控制動剪應變。該方法簡單快速，且費用較低。
文檔編號E02D1/00GK101979776SQ201010520219
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者劉慶輝, 劉曉紅, 周飛, 朱明杰, 李海斌, 楊果林, 趙勇, 鄔強, 郭建湖, 陳占 申請人:中鐵第四勘察設計院集團有限公司