轨道交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动力特性研究

EPS颗粒轻质混合土是一种新型轻质填料，其质轻、高强、可利用废物及具有隔振性等优点，用作路堤填料具有广泛的应用前景。本项目以轨道交通荷载作用引起的地基土主应力轴旋转为线索，首先建立列车-轨道-EPS颗粒轻质混合土路堤-场地动力系统分析模型，分析路基的动力响应，得到列车正常运行情况下用作路堤填料的EPS颗粒轻质混合土的最优配合比范围；其次利用GDS空心圆柱扭剪仪进行EPS颗粒轻质混合土的主应力轴旋转特性试验研究，分析和揭示其变形规律和作用机理；然后根据其剪应力-剪应变关系、体应变的发展及流动特性等，建立考虑主应力轴旋转和幅值变化耦合条件下的动力本构模型；最后利用ABAQUS对本构模型进行二次开发，验证其有效性和合理性，并建立有限元模型进行交通荷载作用下EPS颗粒轻质混合土路堤的动力特性分析。本项目为EPS颗粒轻质混合土在道路工程中的应用提供了理论依据和技术支撑，具有重要的社会意义和实用价值。

随着经济的发展，伴随着大规模的交通和房屋等基础设施的建设，软土地基问题引起了人们的广泛关注和研究。鉴于EPS颗粒轻质混合土在解决该类问题时独特的优越性，本文基于GDS空心圆柱扭剪试验和ABAQUS有限元数值分析软件，进行了轨道交通移动荷载作用下EPS颗粒轻质混合土的动力特性研究，主要研究成果如下：.1.详细介绍了EPS颗粒轻质混合土的组成及空心圆柱试样的制作过程，并对其基本物理力学性质如密度、强度和变形特性进行了试验研究。.2.利用GDS空心圆柱扭剪仪，通过控制轴力W、扭矩MT、内围压p0和外围压pi,，实现EPS颗粒轻质混合土的复杂初始应力状态；通过公式给出了轴力W、扭矩MT、内围压p0和外围压pi与初始平均主应力p0、初始偏应力比R0、初始中主应力参数b0和初始大主应力方向角a0等4个参数间的关系，并由此制定空心圆柱扭剪试验方案。利用GDS空心圆柱扭剪仪，通过控制轴力W和扭矩MT的双向耦合加载方式，实现轨道交通移动荷载的“苹果形”应力路径。.3.对EPS颗粒轻质混合土进行了空心圆柱扭剪试验，分析比较了轨道交通移动荷载作用下，EPS颗粒配比、初始平均主应力p0、初始偏应力比R0、初始中主应力参数b0和初始大主应力方向角a0等5个参数对EPS颗粒轻质混合土动模量和阻尼比的影响，发现初始平均主应力p0和初始偏应力比R0对动模量和阻尼比影响较大，初始中主应力参数b0和初始大主应力方向角a0的影响较弱，通过归一化曲线E/E0～ε/εr（G/G0～γ/γr）的拟合，发现归一化曲线基本不受以上5个因素的影响。.4.建立列车荷载-轨道-轻质土路基三维有限元分析模型，对轻质土路基分别采用弹性和粘弹性两种本构模型，对比分析列车移动荷载作用下颗粒配比和深度变化对EPS轻质填土路基动力响应的影响规律。