軟土卸荷時效性規(guī)律研究項目摘要

軟土卸荷路徑下的力學性狀與其在加載力學性狀有著顯著的差別。圍繞軟土卸荷時效性特征，采用軟土室內(nèi)卸荷試驗，深入研究在應(yīng)變速率加載條件下軟土卸荷工程的材料破壞及強度準則和巖土力學參數(shù)時效性規(guī)律。進而將屈服強度推廣到三維空間，建立卸荷屈服強度軌跡，提出卸荷屈服函數(shù)。在屈服函數(shù)基礎(chǔ)上，通過矩陣變換，建立土體應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)后的塑性變形同旋轉(zhuǎn)分量理論聯(lián)系，分析應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)后土體變形機理，進一步印證土體卸荷下的屈服準則和屈服函數(shù)。進而假定卸荷下土體服從塑性體應(yīng)變硬化準則和相關(guān)聯(lián)流動法則，建立軟土卸荷彈粘塑本構(gòu)模型。通過本構(gòu)模型，建立軟土屈服應(yīng)力和不排水抗剪強度公式，對比分析軟土屈服應(yīng)力和不排水抗剪強度實驗結(jié)果，對數(shù)值模型進行修正。最終將本構(gòu)模型應(yīng)用于軟土卸荷工程中，為軟土卸荷工程的強度和變形計算提供理論支持。

本項目首先通過有限元模擬，設(shè)計了基坑不同擾動區(qū)域應(yīng)力路徑室內(nèi)流變試驗。試驗主要結(jié)論是：①一維卸荷試驗中，土體卸荷后孔隙比與時間對數(shù)成線性關(guān)系，且斜率基本相同；②不論是被動區(qū)土的卸荷蠕變還是主動區(qū)土的卸荷蠕變，都隨著卸荷水平的增大而出現(xiàn)瞬時變形和蠕變的三個階段（衰減蠕變，等速蠕變和加速蠕變）。利用土體卸荷室內(nèi)試驗規(guī)律和等效時間概念，推導了分步卸荷和連續(xù)卸荷的一維彈粘塑性本構(gòu)方程。卸荷下的彈粘塑性本構(gòu)模型和Yin-Graham模型可以歸一化為一維（加載，卸載）彈粘塑性本構(gòu)模型。采用廣義Kelvin元件模型代表軟土流變的相對完整狀態(tài)，并將其推廣到三向應(yīng)力狀態(tài)；根據(jù)等效時間概念，采用修正劍橋模型作為屈服面方程和相關(guān)聯(lián)的流變法則，建立了軟土卸荷下三維彈粘塑性模型。并將其作為完全調(diào)整狀態(tài)；修正了Desai提出的擾動函數(shù)，在擾動函數(shù)中考慮體應(yīng)變和剪應(yīng)變的影響，采用DSC理論，建立了軟土卸荷下的三維擾動狀態(tài)模型。將卸荷流變的擾動狀態(tài)模型應(yīng)用到近鄰地鐵隧道的深基坑和隧道工程中.建立了三維數(shù)值模型，對基坑工程和隧道工程進行了全過程動態(tài)施工模擬。計算結(jié)果表明：該本構(gòu)模型可以為地下工程的卸荷計算提供理論支持。 2100433B

項目對高速鐵路軟土地基沉降變形規(guī)律與控制方法進行系統(tǒng)研究，有效完成預(yù)計研究目標，并取得系列研究成果：（1）揭示路堤荷載下高速鐵路軟土地基沉降變形機理，并提出控制方法：①針對高速鐵路地基軟弱土的結(jié)構(gòu)性特征與次固結(jié)變形特性，提出結(jié)構(gòu)性土的累積變形預(yù)測模型；②開展PCC樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)復合地基沉降控制長期現(xiàn)場監(jiān)測試驗研究，揭示加筋墊層剛性承臺效應(yīng)和拉膜效應(yīng)特征等影響下PCC剛性樁承式路堤受力機理；③開展XCC樁-板結(jié)構(gòu)復合地基沉降控制與變形機理研究，并提出樁板式路堤整體變形預(yù)測方法；④開展樁-筏結(jié)構(gòu)復合地基沉降控制與變形機理研究，提出筏板下地基反力模型的路堤荷載下樁-筏結(jié)構(gòu)復合地基沉降計算方法。（2）揭示高速列車荷載下軟土地基沉降變形機理，并結(jié)合控制方法探討高速列車荷載-路堤-樁網(wǎng)/樁筏/樁板結(jié)構(gòu)-地基耦合相互作用機理：①開展高速列車荷載作用下軟土動力特性研究，揭示不同頻率、圍壓的長期交通循環(huán)荷載作用下動應(yīng)力和孔壓變化模式及臨界動應(yīng)力比及其強度的發(fā)展規(guī)律；②揭示高速列車荷載作用下PCC樁承式路堤工作性狀，著重揭示PCC 樁動力響應(yīng)和土拱效應(yīng)特征；③剖析飽和地基中PCC樁復合地基的動力響應(yīng)，完善高速列車移動荷載下樁基-墊層和路堤的耦合振動理論；④分別從實測和室內(nèi)試驗出發(fā)，提出高速列車荷載下復合地基和軟土下臥層累積變形計算方法；⑤開展高速鐵路地基沉降動態(tài)觀測，提出CFG樁-網(wǎng)復合地基工后沉降預(yù)測方法。（3）開展高速鐵路基床的動力特性與路堤變形規(guī)律研究：①研究圍壓、壓實度和頻率對路基基床材料動彈性模量影響，揭示了路基基床材料瞬態(tài)動力學特性；②開展高速鐵路基床填料大型動三軸試驗，分析加載波形、頻率、含水率對殘余變形和動態(tài)回彈模量的影響，揭示了高速鐵路基床累積變形規(guī)律；③開展高速鐵路基床的損傷特性足尺模型試驗，揭示路基基床材料的動力損傷特性；④通過分析預(yù)測建設(shè)期、運營期等的路基沉降規(guī)律，提出了高速鐵路動力損傷引起路堤變形的預(yù)測與控制方法。（4）基于速度、基床厚度和剛度影響因素分析，開展高速鐵路列車-軌道-路基-路堤-軟土介質(zhì)動力耦合系統(tǒng)數(shù)值模擬，揭示累計塑性變形規(guī)律，提出了工后沉降預(yù)測方法。（5）開展高速鐵路路橋過渡段差異沉降研究，分析倒梯形過渡段的坡比以及過渡段的彈性模量對路橋過渡段沉降的影響。項目研究成果為我國高速鐵路設(shè)計、建設(shè)和安全維護提供重要參考依據(jù)。 2100433B

巖石在卸荷條件下表現(xiàn)出的力學行為與加載條件下的完全不同，而巖質(zhì)邊坡開挖便是一種典型的工程卸荷問題。結(jié)合典型露天礦山巖質(zhì)邊坡開挖工程，采用現(xiàn)場調(diào)研、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，對卸荷條件下巖石力學行為與巖質(zhì)邊坡開挖卸荷效應(yīng)進行研究。首先，調(diào)查巖質(zhì)邊坡空間形態(tài)及巖體宏-細觀結(jié)構(gòu)特征，基于顆粒流理論構(gòu)建具有實際礦物顆粒結(jié)構(gòu)特征及分布規(guī)律的巖石細觀分析模型，建立對巖石細觀分析模型加卸載及聲發(fā)射、能量等特征參量探測的動態(tài)監(jiān)控方法；然后，結(jié)合卸荷力學試驗及細觀仿真結(jié)果，探尋卸荷條件下巖石損傷演化細觀機理及尺寸效應(yīng)，構(gòu)建能表征卸荷條件下工程巖體力學特性的連續(xù)性自定義本構(gòu)模型；最后，基于巖石卸荷力學行為研究結(jié)果，探究開挖卸荷條件下流-固耦合作用邊坡開挖卸荷效應(yīng)及其破壞機理，建立巖質(zhì)邊坡卸荷區(qū)域、卸荷程度的劃分方法。研究成果最終可為露天礦山等巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究及滑坡防治提供理論依據(jù)。

卸荷槽的設(shè)計是外嚙合齒輪泵設(shè)計中最為重要的環(huán)節(jié)之一，卸荷槽的設(shè)計是否合理，直接影響到齒輪泵的工作性能和使用壽命。卸荷槽式：（1）相對齒輪中心連線對稱布置的雙矩形卸荷槽;(2)相對齒輪中心連線對稱布置的雙圓形卸荷槽;（3）相對齒輪中心連線不對稱布置的雙卸荷槽。