專利名稱：一種確定人造多晶冰的動力學參數的試驗方法
技術領域：
本發明基于低溫動三軸試驗研究軌道交通動力荷載作用下人造多晶冰的動力本構關系與力學參數指標，為青藏鐵路列車行駛高溫高含冰量路基振動反應定量評價積累基礎資料。
背景技術：
凍土動力學研究從上世紀七十年代開始，國內外學者主要針對凍土地震工程而開展，基于室內外試驗，提出了各種經驗公式，獲得了大量非常有意義的成果，大力促進了凍土地震工程學的發展。但是，交通荷載作用下凍土的動力特性研究，因荷載的特殊性而有別于地震荷載作用下的研究。目前，關于軌道交通動力荷載作用下的凍土動力本構關系與參數的研究工作較少。朱占元、凌賢長等基于凍土動三軸試驗，引入等效線性化模型，研究了北麓 河路基凍結粘土在軌道交通動力載荷作用下的動力本構關系與力學參數指標，據此研究了青藏鐵路等列車行駛凍土路基動力反應特性。然而，青藏鐵路134km高溫高含冰量路段含有大量含土冰層，列車行駛對含土冰層或者冰層有何影響至今罕見于文獻。冰是一種比較特殊的固體材料，在自然狀態的多數情況下，所處環境的溫度接近冰的融點；從物理性質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。
發明內容
試驗時快速取冰樣安裝至低溫三軸試驗機，放進三軸低溫壓力腔中等壓固結10 min,進行試驗。軸向動荷載為壓-壓型正弦波，由最大應力、最小應力及頻率決定。為了更好地模擬交通荷載對應變速率的影響，將最大應力作為變量，采用分級循環加載每級循環加載振動12圈，見圖I。加荷級數為12級以上，各試件的動荷載相同以資對比研究，見表1，以軸向應變5%為終止標準。試驗控制條件見表2，共考慮3種不同溫度、頻率下的本構關系與動力學參數試驗。
表I泳的動力學參數試驗動荷栽分級(CT3=O.3MPa)
加荷 數 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 ...
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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％為輸向循壞動應力幅值^每iS載荀不變，OJ31^增加 0.333MPaB
權利要求
1.一種確定人造多晶冰的動力學參數的試驗方法，其特征在于 第一步，試驗時快速取冰樣安裝至低溫三軸試驗機，放進三軸低溫壓力腔中等壓固結.10 min,進行試驗； 軸向動荷載為壓-壓型正弦波，由最大應力、最小應力及頻率決定； 為了更好地模擬交通荷載對應變速率的影響，將最大應力作為變量，采用分級循環加載每級循環加載振動12圈； 加荷級數為12級以上，為軸向循環動應力幅值,σ =( CTlmsjl - CTlffiin )!2;毎S載荷不 變，增加0.333MPa.各試件的動荷載相同，以軸向應變5%為終止標準。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 下的本構關系與動力學參數試驗； 第二步，基于自編MATLAB試驗分析程序，獲得各試件擬合動力學本構模型參數； 第三步，當圍壓:σ3、頻率j相同時，根據實驗結果獲得3種不同負溫條件下的關系的骨干曲線以及動彈性模量、粘性系數；當負溫八圍壓:σ3相同時，根據實驗結果獲得3種不同頻率條件下的σΑ··-·勺關系的骨干曲線以及動彈性模量、粘性系數； 第四步對以上試驗成果，采用多元回歸分析方法，可以獲得動彈性模量與各影響因素之間關系如下所示
2.根據權利要求1所述的試驗方法，其特征在于低溫三軸試驗機為美國MTS公司生產的MTS-810型振動三軸材料試驗機，配有自動數控與數據采集系統，圍壓范圍(T20MPa，負溫范圍為常溫'30 °C，頻率范圍為(Γ50Ηζ，最大軸向負荷為250kN，最大軸向位移為.50mmo
3.根據權利要求1-2所述的試驗方法，其特征在于所采用冰樣為分別依據土工試驗方法標準(GB/T50123-1999)、地基動力特性測試規范(GB/T 50269-1997)制備人工凍結法冰試件。
4.根據權利要求1-3所述的試驗方法，其特征在于采用標準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，長度125mm,平均密度為O. 87 g. cm_3。
5.根據權利要求1-4所述的試驗方法，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力學參數的試驗方法。基于低溫動三軸試驗，研究人造多晶冰在軌道交通分級循環荷載作用下的本構關系與動力學參數指標。在不同負溫、頻率條件下，考察試件軸向動應力-應變關系曲線，獲得冰的發明1的摘要動力本構關系可以用線性粘彈性模型描述；動彈性模量隨著溫度的升高而降低，隨頻率增大而增大；粘性系數隨著溫度的升高而增大，隨頻率增大而減小的結論；據此，建立了動力學參數指標動彈性模量、粘性系數與溫度、頻率之間的綜合表達式。
文檔編號G01N3/32GK102890036SQ20121040680
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者朱占元, 凌賢長, 陳士軍, 張鋒, 鄒祖銀, 王立娜, 李瓊林, 郭子紅 申請人:朱占元