專(zhuān)利名稱(chēng)：一種確定人造多晶冰的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于低溫動(dòng)三軸試驗(yàn)研究軌道交通動(dòng)力荷載作用下人造多晶冰的動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系與力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，為青藏鐵路列車(chē)行駛高溫高含冰量路基振動(dòng)反應(yīng)定量評(píng)價(jià)積累基礎(chǔ)資料。
背景技術(shù)：
凍土動(dòng)力學(xué)研究從上世紀(jì)七十年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要針對(duì)凍土地震工程而開(kāi)展，基于室內(nèi)外試驗(yàn)，提出了各種經(jīng)驗(yàn)公式，獲得了大量非常有意義的成果，大力促進(jìn)了凍土地震工程學(xué)的發(fā)展。但是，交通荷載作用下凍土的動(dòng)力特性研究，因荷載的特殊性而有別于地震荷載作用下的研究。目前，關(guān)于軌道交通動(dòng)力荷載作用下的凍土動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系與參數(shù)的研究工作較少。朱占元、凌賢長(zhǎng)等基于凍土動(dòng)三軸試驗(yàn)，引入等效線(xiàn)性化模型，研究了北麓 河路基凍結(jié)粘土在軌道交通動(dòng)力載荷作用下的動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系與力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，據(jù)此研究了青藏鐵路等列車(chē)行駛凍土路基動(dòng)力反應(yīng)特性。然而，青藏鐵路134km高溫高含冰量路段含有大量含土冰層，列車(chē)行駛對(duì)含土冰層或者冰層有何影響至今罕見(jiàn)于文獻(xiàn)。冰是一種比較特殊的固體材料，在自然狀態(tài)的多數(shù)情況下，所處環(huán)境的溫度接近冰的融點(diǎn)；從物理性質(zhì)考慮可以將冰分為單晶冰和多晶冰，而在自然界中冰的主要存在形式為多晶冰。

發(fā)明內(nèi)容
試驗(yàn)時(shí)快速取冰樣安裝至低溫三軸試驗(yàn)機(jī)，放進(jìn)三軸低溫壓力腔中等壓固結(jié)10 min,進(jìn)行試驗(yàn)。軸向動(dòng)荷載為壓-壓型正弦波，由最大應(yīng)力、最小應(yīng)力及頻率決定。為了更好地模擬交通荷載對(duì)應(yīng)變速率的影響，將最大應(yīng)力作為變量，采用分級(jí)循環(huán)加載每級(jí)循環(huán)加載振動(dòng)12圈，見(jiàn)圖I。加荷級(jí)數(shù)為12級(jí)以上，各試件的動(dòng)荷載相同以資對(duì)比研究，見(jiàn)表1，以軸向應(yīng)變5%為終止標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)控制條件見(jiàn)表2，共考慮3種不同溫度、頻率下的本構(gòu)關(guān)系與動(dòng)力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)。
表I泳的動(dòng)力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)動(dòng)荷栽分級(jí)(CT3=O.3MPa)
加荷 數(shù) I 2 3 4 I 5 6 7 g I 9 ... CTlmilMPa 0.698 , 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 0.698 | 0.698 ...
i! !!5 !! ~ ............................
qMr‘MPa 1.030 1.363 1.697 2.0302.363 2.697 3.030 3.363 j 3.697 ...
Cr MPa 0.166 0.333 0.499 0.6660.833 0.999 1.166 1.333 1.499 ...
} j jj j j
注％為輸向循壞動(dòng)應(yīng)力幅值^每iS載荀不變，OJ31^增加 0.333MPaB
權(quán)利要求
1.一種確定人造多晶冰的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)方法，其特征在于 第一步，試驗(yàn)時(shí)快速取冰樣安裝至低溫三軸試驗(yàn)機(jī)，放進(jìn)三軸低溫壓力腔中等壓固結(jié).10 min,進(jìn)行試驗(yàn)； 軸向動(dòng)荷載為壓-壓型正弦波，由最大應(yīng)力、最小應(yīng)力及頻率決定； 為了更好地模擬交通荷載對(duì)應(yīng)變速率的影響，將最大應(yīng)力作為變量，采用分級(jí)循環(huán)加載每級(jí)循環(huán)加載振動(dòng)12圈； 加荷級(jí)數(shù)為12級(jí)以上，為軸向循環(huán)動(dòng)應(yīng)力幅值,σ =( CTlmsjl - CTlffiin )!2;毎S載荷不 變，增加0.333MPa.各試件的動(dòng)荷載相同，以軸向應(yīng)變5%為終止標(biāo)準(zhǔn)。取圍壓 CT3=OJMPa,共考慮 3 種不同溫度-0,5 -1.0 -1,5 三種頻率 I Hi、2 Hz、3 Hz 下的本構(gòu)關(guān)系與動(dòng)力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)； 第二步，基于自編MATLAB試驗(yàn)分析程序，獲得各試件擬合動(dòng)力學(xué)本構(gòu)模型參數(shù)； 第三步，當(dāng)圍壓:σ3、頻率j相同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得3種不同負(fù)溫條件下的關(guān)系的骨干曲線(xiàn)以及動(dòng)彈性模量、粘性系數(shù)；當(dāng)負(fù)溫八圍壓:σ3相同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得3種不同頻率條件下的σΑ··-·勺關(guān)系的骨干曲線(xiàn)以及動(dòng)彈性模量、粘性系數(shù)； 第四步對(duì)以上試驗(yàn)成果，采用多元回歸分析方法，可以獲得動(dòng)彈性模量與各影響因素之間關(guān)系如下所示
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)方法，其特征在于低溫三軸試驗(yàn)機(jī)為美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的MTS-810型振動(dòng)三軸材料試驗(yàn)機(jī)，配有自動(dòng)數(shù)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，圍壓范圍(T20MPa，負(fù)溫范圍為常溫'30 °C，頻率范圍為(Γ50Ηζ，最大軸向負(fù)荷為250kN，最大軸向位移為.50mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的試驗(yàn)方法，其特征在于所采用冰樣為分別依據(jù)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50123-1999)、地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范(GB/T 50269-1997)制備人工凍結(jié)法冰試件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的試驗(yàn)方法，其特征在于采用標(biāo)準(zhǔn)方法批量制備所述冰樣，選用的冰樣為粒徑<2 mm的人造各向同性多晶冰制作圓柱狀冰樣，直徑61. 8 mm，長(zhǎng)度125mm,平均密度為O. 87 g. cm_3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的試驗(yàn)方法，其特征在于所述冰樣用橡皮膜封閉放入恒溫箱，在給定的試驗(yàn)溫度下恒溫48 h以上，溫度誤差為±0. 1°C。
全文摘要
一種確定人造多晶冰的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的試驗(yàn)方法。基于低溫動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究人造多晶冰在軌道交通分級(jí)循環(huán)荷載作用下的本構(gòu)關(guān)系與動(dòng)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)。在不同負(fù)溫、頻率條件下，考察試件軸向動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)，獲得冰的發(fā)明1的摘要?jiǎng)恿Ρ緲?gòu)關(guān)系可以用線(xiàn)性粘彈性模型描述；動(dòng)彈性模量隨著溫度的升高而降低，隨頻率增大而增大；粘性系數(shù)隨著溫度的升高而增大，隨頻率增大而減小的結(jié)論；據(jù)此，建立了動(dòng)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)動(dòng)彈性模量、粘性系數(shù)與溫度、頻率之間的綜合表達(dá)式。
文檔編號(hào)G01N3/32GK102890036SQ20121040680
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者朱占元, 凌賢長(zhǎng), 陳士軍, 張鋒, 鄒祖銀, 王立娜, 李瓊林, 郭子紅 申請(qǐng)人:朱占元