[发明专利]一种冰层振陷预测模型的建立方法

摘要

一种冰层振陷预测模型的建立方法。本发明直接针对中国青藏铁路列车往返行驶的振动对冻土路基下含土冰层产生的疲劳破坏效应，考虑冰层动力残余变形受负温、振幅、频率、振动持时等多种因素影响，基于低温动三轴试验，建立一种轨道交通动力长期作用下冰的振陷预测模型。此项研究对于合理预测长期动力荷载作用下由冰残余变形而产生的沉降量具有重要意义，且为冻土动力学研究积累基础试验成果。

主权项

1.一种冰层振陷预测模型的建立方法，其特征在于：第一步，轴向动荷载为压-压型正弦波，由最大应力、最小应力及频率决定；为了更好地模拟交通荷载对应变速率的影响，将最大应力作为变量，取冰的动力学参数试验的某一级荷载为加荷标准，只加一级等幅值循环振动荷载直到终止标准为止，研究长期动力荷载作用下冰的变形特性与振陷预测模型；共11个土样，取围压=0.3MPa，考虑三种不同负温-0.5C、-1.0C、-1.5C、三种不同频率1Hz、2Hz、3Hz、三种不同动应力幅值0.166MPa、0.333MPa、0.499MPa下的变形特性实验；取10%的轴向动应变与最大循环振次N=20000为试验的终止标准；第二步，基于室内试验，获得不同循环动应力作用振次N作用下冰柱体的轴向残余应变，用MATLAB7.0进行回归分析建立冰在长期振动荷载作用下的振陷预测模型：(1)式中：为轴向残余应变，为循环动应力作用振次，b、c为与负温、动应力幅、围压及振次有关的振陷参数；由冻土蠕变理论知，式(1)中第1项表示第二阶段（粘塑流）蠕变，第2项表示第一阶段蠕变，即衰减蠕变；于是，参数b、c也有明确的物理意义；参数b为第二蠕变阶段平均蠕变率，它代表冻土在一定外荷载作用下所产生的最小蠕变率的极限值；参数c为蠕变衰减系数；第三步，根据实验结果获得在相同的振动频率、围压、动应力幅值条件下，不同温度的振陷曲线，不同温度的振陷预测模型参数b、c；以及在相同的振动频率、围压和负温条件下，不同动应力幅条件下的振陷曲线，不同应力比条件下的振陷预测模型参数b、c；以及在相同的动应力幅值、围压和负温条件下，不同频率的振陷曲线，不同频率条件下的振陷预测模型参数b、c；第四步，对以上试验成果，采用多元回归分析方法，可以获得参数b、c与各影响因素之间关系如式（2）、式（3）所示；(2)(3)式中，分别为冰的粘塑流蠕变率b的负温、应力比、频率修正系数，由下式计算：分别为冰的蠕变衰减系数c的负温、应力比、频率修正系数，由下式计算。