交通荷载和冻融循环综合作用下路基的响应特性研究

寒区道路同时经受着冻融循环和交通动荷载长期反复作用。与普通地区道路相比，寒区道路更容易发生翻浆、边坡滑塌、不均匀沉降等问题。然而，目前国内外关于冻融循环和交通动荷载综合作用下路基稳定性的研究成果还很少，究其原因，是测试技术的限制。本项目拟针对冻土路基动力稳定性评价中的几个典型问题开展研究。首先进行技术创新，如冻土中动应力测试、有压条件下的高精度温度测试等技术改进；然后，通过不同冻融状态下路基填土的基本动力学性质测试及路基内部动应力测试，研究冻土路基中的动应力影响范围；通过不同冻融状态下土体的变形测试，研究活动层土体的累积变形和临界动应力；通过冻土内温度变化测试，回答在什么样的动荷载作用下，土体中将产生应引起工程关注的温度变化。本项目的研究内容，一方面将提升冻土动力学的测试水平，为冻土动力学理论往纵深方向发展提供技术支持和基本参数积累，同时将为寒区道路的动力稳定性评价提供可靠的依据。

摘要：寒区道路同时经受着冻融循环和交通动荷载长期反复作用。研究交通荷载和冻融循环综合作用下冻土路基的响应特性具有重要意义。本项目针对冻土路基动力稳定性评价中的几个关键问题开展了如下4方面的工作。（1）研究了冻土的基本动力学性质，包括动力学参数随动应变幅的变化关系，以及滞回曲线的变化规律。整体上看，冻结青藏粘土和兰州黄土的动模量随动应变幅的变化规律一致，即动模量随动应变幅的增加逐渐减小，最后趋于一个稳定值，且该稳定值随荷载振动频率的增加和温度的降低而增加。阻尼比随动应变幅的变化规律与土质有关，随动应变幅的增加，青藏粘土的阻尼比先稍有减小后逐渐增大，兰州黄土的阻尼比先减小后趋于稳定值；阻尼比随频率的增加和温度的降低而减小，围压对阻尼比的影响不大。采用残余应变p、滞回曲线的短轴与长轴之比、滞回曲线长轴的斜率k、相邻两滞回曲线中心点之间的距离d和滞回曲线所围成的面积S五个参数来定量表征滞回曲线的形态特征，即滞回曲线的不闭合程度、宽窄程度、向应变轴的整体倾斜程度、密集程度和面积特征，并进一步反映土体的塑性应变、粘滞性、刚度、细观损伤程度、耗能能力。（2）研制了寒区工程动荷载模型试验系统，进行了冻土路基的动荷载模型实验。初步研究表明，荷载频率对冻土内动应力的变化影响不大。（3）研究了冻融循环作用对累积变形和临界动应力的影响。无论是否经受冻融循环作用，频率对土体的临界动应力都有明显影响，即频率越高、临界动应力越小。经历10次冻融循环作用以后，土体性质发生明显弱化，临界动应力变小，破坏时间变短，说明此时在动荷载作用下土体更容易发生破坏。（4）研究了动荷载作用下冻土内的累积温度变化。在动荷载作用下，土体内的温度都有升高的趋势；加载初期，温升速率较大，随着荷载作用时间的延长，温升速率逐渐变小；动应力幅值越大，温升速率越大；当动应力幅值为单轴压缩强度的40%—50%时，温升的最大值Tmax达到最大。本项目的研究成果为寒区路基的稳定性评价提供了依据，并为进一步深入认识冻土的动力学性质提供了基础。