[发明专利]一种测定循环荷载下土工填料累积变形状态荷载阈值的方法

摘要

一种测定循环荷载下土工填料累积变形状态荷载阈值的方法。该方法采用砖墙和砂袋构筑模型填土，与加载设备和位移传感器等组成试验系统，对填土模型进行循环加载试验，得到累积变形随荷载作用次数的变化曲线；进而计算得到分段单次加载平均变形量随荷载作用次数的变化曲线,并采用负幂函数拟合，获得幂指数P_i值随荷载水平变化的关系曲线，通过三次多项式回归得到P_i值与荷载水平之间的函数关系式，反算得P等于2、1、0所对应的荷载水平即为区分累积变形不同演化状态的荷载阈值σ_t1、σ_t2、σ_t3。其中，σ_t1、σ_t2能分别为铁路无砟、有砟轨道基床结构的设计与维护提供试验依据。该方法具有模型制作方便、造价低廉、操作简单、其判别准则明确，得到的荷载阈值更准确、可靠。

主权项

一种测定循环荷载下土工填料累积变形状态荷载阈值的方法，其操作步骤为：A、试验准备A1、模型填土边壁构筑：在刚性基础上浆砌砖墙形成正方形的模型填土腔(1)，模型填土腔(1)的边壁间互不搭接，所述的边壁的宽和高均为90cm，并在边壁的外侧紧贴、码砌砂袋(2)，码砌砂袋(2)的总高度≥90cm；A2、模型填筑：将试验土工填料在模型填土腔(1)内按预定压实度分层填筑模型(3)，每层填筑厚度为10～30cm，模型(3)填筑总高度为90cm；A3、加载板安放：在填筑的模型(3)上表面中心位置安放刚性的直径为30cm的圆形加载板(4)；A4、位移传感器布设：在圆形加载板(4)上表面边缘均匀布设三个位移传感器(5)，位移传感器(5)与数据采集系统电连接；B、试验加载及数据采集B1、K₃₀值测定：用循环加载设备(6)通过圆形加载板(4)对模型(3)加载，并用位移传感器(5)测出圆形加载板(4)的下沉量，据以测出模型(3)的地基系数K₃₀值；B2、每级循环加载的荷载幅值确定：根据测出的地基系数K₃₀(MPa/m)值，得出最大循环荷载的预估幅值σ_max(kPa)，σ_max＝2.4K₃₀+15；进而得出每级循环加载的荷载幅值σ_i，σ_i＝K_iσ_max式中：i—循环加载的级数序号，i＝1,2,3,...,11；K_i—加载比例系数；其取值范围为，当i＝1～3时，0.05i≤K_i<0.05(i+1)；当i＝4～11时，0.1(i‑2)≤K_i<0.1(i‑1)。B3、循环加载：用循环加载设备(6)通过圆形加载板(4)对模型(3)进行逐级循环加载，直至模型破坏；其中，每级循环加载的最大加载次数为10万次，荷载幅值为B2步得到的每级循环加载的荷载幅值σ_i；B4、每级循环加载过程中通过数据采集系统同步采集三个位移传感器(5)测得的每级循环加载圆形加载板(4)沉降量随加载次数的变化数据；C、荷载阈值确定C1、将B4步三个位移传感器(5)测得的变化数据平均，获得每级循环加载时模型的竖向累积变形S_i随加载次数N的关系曲线，即S_i～N曲线；C2、根据C1得到的每级循环加载时的S_i～N曲线均分为10段，每段的加载次数为一万次，将每段的段内总变形量△S_i除以每段的加载次数△N＝10000，得到各段单次加载平均变形量进而得到各段单次加载平均变形量随每级循环加载中的累积加载次数N的关系曲线，即曲线；C3、对C2步得到的曲线，采用负幂函数进行拟合，拟合出每级荷载σ_i作用下对应的幂指数P_i值和拟合常数A_i；C4、绘制各级循环加载下拟合出的P_i值与对应的荷载幅值σ_i关系曲线，采用三次多项式对曲线进行拟合，得拟合方程P＝aσ³+bσ²+cσ+m。将P＝2、1、0带入拟合方程，分别得到荷载幅值σ_t1、σ_t2、σ_t3，即为荷载阈值；其中σ_t1<σ_t2<σ_t3，σ_t1为区分累积变形快速稳定与缓慢稳定状态的荷载阈值；σ_t2为区分累积变形缓慢稳定与缓慢破坏的荷载阈值；σ_t3为区分累积变形缓慢破坏与快速破坏的荷载阈值。