机车振动作用下黄土单轴拉伸特性研究

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随着西部大规模基础建设的开展,人类工程活动对黄土高原的影响日益剧烈,特别是铁路运营后,机车振动作用对周围边坡体的影响更为强烈,导致了地质灾害频发、环境恶化。本文通过室内土工试验、室外监测试验开展了机车振动作用对黄土单轴拉伸特性的试验研究,此研究成果可为振动作用下土体的单轴抗拉强度特性理论的应用起指导意义。  本文以振动、非振动作用下非饱和黄土单轴抗拉特性为研究对象,以单轴拉伸试验,直剪试验、基质吸力测试试验为手段展开研究。从非振动、振动作用两个角度对非饱和黄土从含水率、振动频率影响因素对抗拉强度和拉伸变形的影响进行分析和研究,归纳总结出非振动、振动作用下土体抗拉强度与含水率、凝聚力等之间的结论和公式,使其便于之后的科学研究及工程应用,现得出以下结论:  (1)对黄土样进行振频为20Hz的振动试验后发现,振动前后土体的基质吸力、凝聚力随含水率的增大而减小,但振后土体的基质吸力大于振前的基质吸力,振动作用对土体基质吸力的增大提供了正能量,帮助了抗拉强度组成部分中基质吸力的增大。  (2)列车振动作用使得土体自身形成的胶结性的联结结构多数已遭破坏,联结强度降低,所以振动后土体固有凝聚力、加固凝聚力减小。不同振动频率对土体抗拉强度的降低程有所不同,其影响程度由大到小依次为20Hz、25Hz、15Hz,在振动频率为20Hz时,土体发生共振,因而其抗拉强度的降低程度更大,并且得到不同振动频率下土体抗拉强度与含水率之间的函数关系。  (3)通过非振动、振动作用前后对比,发现原状黄土在拉伸破坏那一瞬间都伴随有响声,之后拉裂破坏,振动与非振动过程原状土体的破坏都很突然,并且为脆性破坏,破坏方式为中央和顶部破坏两种,其破坏面与拉伸方向垂直,且破坏面粗糙不平整,从拉伸开始到结束此过程土体未出现颈缩现象。变形只有在轴向拉伸方向,无侧向的变形,随着轴向位移的增大,土体的拉应力也随着增大,直至破坏,土体拉应力随着含水率的增大逐渐减小。土体的轴向位移与含水率关系表现为先减小后增大的趋势,从能量角度进行剖析,认为土体变形分为塑性拉伸变形和拉伸断裂区的拉伸变形,两部分共同作用使得土体发生变形。
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