一種冰層振陷預測模型的建立方法。本發明專利技術直接針對中國青藏鐵路列車往返行駛的振動對凍土路基下含土冰層產生的疲勞破壞效應，考慮冰層動力殘余變形受負溫、振幅、頻率、振動持時等多種因素影響，基于低溫動三軸試驗，建立一種軌道交通動力長期作用下冰的振陷預測模型。此項研究對于合理預測長期動力荷載作用下由冰殘余變形而產生的沉降量具有重要意義，且為凍土動力學研究積累基礎試驗成果。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術建立列車荷載長期動力作用下冰層的振陷預測模型，是巖土工程領域的一個重要部分。
技術介紹
振(震)陷是由動力荷載作用引起土層的殘余變形，作為動力地基震害之一，上世紀六十年代開始，國內外學者主要以飽和黏土、淤泥等軟弱土壤為對象進行了相關研究。由于冰相的存在，凍土在恒載下通常具有流動性，長期動荷載作用下凍土的流變性問題將更為突出。目前，關于凍土動力流變問題的研究工作很少，而針對凍土場地路基列車行駛動力穩定性的研究成果更未見文獻報道。然而，列車往返行駛的動載對凍土場地路基變形的影響已有事例，如青藏鐵路134km高溫高含冰量路段含有大量含土冰層，列車行駛通車不到兩個月便出現部分凍土區段路基下沉與開裂現象，從而引起鐵路部門高度重視；1962年，牙林線潮烏段8 km處曾發生5小時內路基下沉I. 4m造成機車掉道的事故；牙林線K197處，也發生過一次下沉I. 5 m，迫使旅客列車停車4小時的事故。鑒于此，本專利技術直接針對中國青藏鐵路列車往返行駛的振動對凍土路基下含土冰層產生的疲勞破壞效應，考慮冰層動力殘余變形受負溫、振幅、頻率、振動持時等多種因素影響，基于低溫動三軸試驗，建立一種軌道交通動力長期作用下冰的振陷預測模型。此項研究對于合理預測長期動力荷載作用下由冰殘余變形而產生的沉降量具有重要意義，且為凍土動力學研究積累基礎試驗成果。
技術實現思路
根據室內動力試驗所得到的冰柱體殘余應變與荷載作用次數#的關系來計算永久變形的室內實驗法，具有直觀可靠、計算簡單等突出優點，可用于列車等周期性荷載長期作用下的青藏鐵路凍土路基下含土冰層處的振陷預測。本專利技術采用室內實驗法建立冰的振陷預測模型。試驗時快速取冰樣安裝至低溫三軸試驗機，放進三軸低溫壓力腔中等壓固結10 min，進行試驗。軸向動荷載為壓-壓型正弦波，由最大應力、最小應力及頻率決定。為了更好地模擬交通荷載對應變速率的影響，將最大應力作為變量，取冰的動力學參數試驗的某一級荷載為加荷標準，只加一級等幅值循環振動荷載直到終止標準為止，研究長期動力荷載作用下冰的變形特性與振陷預測模型。試驗控制條件見表1，共11個土樣，取圍壓^J3=O. 3MPa，考慮三種不同負溫-O. 5 C、-I. OC、-1.5 C、三種不同頻率I Hz、2 Hz,3 Hz、三種不同動應力幅值O. 166 MPa,O. 333 MPa、O.499 MPa下的變形特性實驗。取10 %的軸向動應變與最大循環振次N=20000為試驗的終止標準。表I冰振陷實驗控制條件與擬合參數=0. 3MPa)權利要求1.，其特征在于 第一步，軸向動荷載為壓-壓型正弦波，由最大應力、最小應力及頻率決定； 為了更好地模擬交通荷載對應變速率的影響，將最大應力作為變量，取冰的動力學參數試驗的某一級荷載為加荷標準，只加一級等幅值循環振動荷載直到終止標準為止，研究長期動力荷載作用下冰的變形特性與振陷預測模型； 共11個土樣,取圍壓。=0. 3MPa,考慮三種不同負溫-O. 5 C、-1.0 C、-I. 5 C、三種不同頻率I Hz、2 Hz,3 Hz、三種不同動應力幅值O. 166 MPa,O. 333 MPa、O. 499 MPa下的變形特性實驗；取10 %的軸向動應變與最大循環振次N=20000為試驗的終止標準；第二步，基于室內試驗，獲得不同循環動應力作用振次N作用下冰柱體的軸向殘余應變5"#,用MATLAB7. O進行回歸分析建立冰在長期振動荷載作用下的振陷預測模型I efi ^hN+ CNi⑴ 式中為軸向殘余應變，#為循環動應力作用振次，b、c為與負溫、動應力幅、圍壓及振次有關的振陷參數； 由凍土蠕變理論知，式(I)中第I項表示第二階段(粘塑流)蠕變，第2項表示第一階段蠕變，即衰減蠕變； 于是，參數仏c也有明確的物理意義； 參數6為第二蠕變階段平均蠕變率，它代表凍土在一定外荷載作用下所產生的最小蠕變率的極限值；參數c為蠕變衰減系數； 第三步，根據實驗結果獲得在相同的振動頻率、圍壓、動應力幅值條件下，不同溫度的振陷曲線，不同溫度的振陷預測模型參數;以及在相同的振動頻率、圍壓和負溫條件下，不同動應力幅條件下的振陷曲線，不同應力比條件下的振陷預測模型參數k c ;以及在相同的動應力幅值、圍壓和負溫條件下，不同頻率的振陷曲線，不同頻率條件下的振陷預測模型參數/7、C ； 第四步，對以上試驗成果，采用多元回歸分析方法，可以獲得參數K C與各影響因素之間關系如式(2)、式(3)所示； h = w^%7.5729xicr ⑵ C=W^mmm⑶ 式中f||分別為冰的粘塑流蠕變率6的負溫、應力比、頻率修正系數，由下式計算Tf $T = -OAmBT2-03658Γ+1.1013 TJti =0.01560 鳩輯 =Cl3222/，2J656/+40407 %、分別為冰的蠕變衰減系數c的負溫、應力比、頻率修正系數，由下式計算 fr = 0.04704 -Γ2 + 0.2033Γ +1J 61 €Tjfi = -12.0247 ξ2+ΜΛ 737/ - L4879 。= CU 628/2 - O 4644/ +1.290 2.根據權利要求I所述的模型建立方法，其特征在于低溫三軸試驗機為美國MTS公司生產的MTS-810型振動三軸材料試驗機，配有自動數控與數據采集系統，圍壓范圍(T20MPa，負溫范圍為常溫 -30°C，頻率范圍為(Γ50Ηζ，最大軸向負荷為250kN，最大軸向位移為50mm。3.根據權利要求1-2所述的模型建立方法，其特征在于所采用冰樣為分別依據土工試驗方法標準(GB/T50123-1999)、地基動力特性測試規范(GB/T 50269-1997)制備人工凍結法冰試件。4.根據權利要求1-3所述的模型建立方法，其特征在于采用標準方法批量制備所述冰樣，選用的冰樣為粒徑<2 mm的人造各向同性多晶冰制作圓柱狀冰樣，直徑61. 8 mm，長度125 mm，平均密度為O. 87 g. cm_3。5.根據權利要求1-4所述的模型建立方法，其特征在于所述冰樣用橡皮膜封閉放入恒溫箱，在給定的試驗溫度下恒溫48 h以上，溫度誤差為±0. 1°C。全文摘要。本專利技術直接針對中國青藏鐵路列車往返行駛的振動對凍土路基下含土冰層產生的疲勞破壞效應，考慮冰層動力殘余變形受負溫、振幅、頻率、振動持時等多種因素影響，基于低溫動三軸試驗，建立一種軌道交通動力長期作用下冰的振陷預測模型。此項研究對于合理預測長期動力荷載作用下由冰殘余變形而產生的沉降量具有重要意義，且為凍土動力學研究積累基礎試驗成果。文檔編號G01N3/32GK102866071SQ20121040684公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日專利技術者朱占元, 凌賢長, 王立娜, 陳士軍, 李瓊林, 張鋒, 鄒祖銀, 郭子紅 申請人:朱占元本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種冰層振陷預測模型的建立方法，其特征在于：第一步，軸向動荷載為壓？壓型正弦波，由最大應力、最小應力及頻率決定；為了更好地模擬交通荷載對應變速率的影響，將最大應力作為變量，取冰的動力學參數試驗的某一級荷載為加荷標準，只加一級等幅值循環振動荷載直到終止標準為止，研究長期動力荷載作用下冰的變形特性與振陷預測模型；共11個土樣，取圍壓？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？=0.3MPa，考慮三種不同負溫？0.5？？C、？1.0？？C、？1.5？？C、三種不同頻率1？Hz、2？Hz、3？Hz、三種不同動應力幅值0.166？MPa、0.333？MPa、0.499？MPa下的變形特性實驗；取10？%的軸向動應變與最大循環振次N=20000為試驗的終止標準；第二步，基于室內試驗，獲得不同循環動應力作用振次N作用下冰柱體的軸向殘余應變，用MATLAB7.0進行回歸分析建立冰在長期振動荷載作用下的振陷預測模型：？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(1)式中：為軸向殘余應變，為循環動應力作用振次，b、c為與負溫、動應力幅、圍壓及振次有關的振陷參數；由凍土蠕變理論知，式(1)中第1項表示第二階段（粘塑流）蠕變，第2項表示第一階段蠕變，即衰減蠕變；于是，參數b、c也有明確的物理意義；參數b為第二蠕變階段平均蠕變率，它代表凍土在一定外荷載作用下所產生的最小蠕變率的極限值；參數c為蠕變衰減系數；第三步，根據實驗結果獲得在相同的振動頻率、圍壓、動應力幅值條件下，不同溫度的振陷曲線，不同溫度的振陷預測模型參數b、c；以及在相同的振動頻率、圍壓和負溫條件下，不同動應力幅條件下的振陷曲線，不同應力比條件下的振陷預測模型參數b、c；以及在相同的動應力幅值、圍壓和負溫條件下，不同頻率的振陷曲線，不同頻率條件下的振陷預測模型參數b、c；第四步，對以上試驗成果，采用多元回歸分析方法，可以獲得參數b、c與各影響因素之間關系如式（2）、式（3）所示；？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(2)？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(3)式中，分別為冰的粘塑流蠕變率b的負溫、應力比、頻率修正系數，由下式計算：？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？分別為冰的蠕變衰減系數c的負溫、應力比、頻率修正系數，由下式計算？？？？？？？？？？？？？？？？？。573849dest_path_image002.jpg,22148dest_path_image004.jpg,801885dest_path_image006.jpg,728253dest_path_image004.jpg,542625dest_path_image008.jpg,896246dest_path_image010.jpg,163279dest_path_image012.jpg,893338dest_path_image014.jpg,562216dest_path_image016.jpg,86739dest_path_image018.jpg,372227dest_path_image020.jpg...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱占元，凌賢長，王立娜，陳士軍，李瓊林，張鋒，鄒祖銀，郭子紅，
申請(專利權)人：朱占元，
類型：發明
國別省市：
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