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不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

时间:2019-02-19 05:19:57

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不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

冻结法施工是采用人工制冷的方式形成加固型冻土,近年来被广泛应用于地铁建设中。然而冻结土融化后土体强度明显降低,工程性质也将发生显着变化,在地铁列车循环荷载下易产生较大不均匀沉降,进而对地铁的运营安全构成威胁。如杭州地铁1号线某区间采用冻结法施工后,自地铁11月正式运营至3月期间,该区间最大沉降量从4.6 mm增长到23.6 mm,其变化值达到19 mm,见图1。因此,开展地铁列车循环荷载作用下的冻融软土的动力特性研究,对冻融土工后沉降预测控制及地铁安全运营具有重要意义。

丁小慧怀孕时害喜得厉害,他坚持给她做美味的早晚餐,把核桃仔细地剥开让她带去上班,把家里的重活累活都包了,一直到陪她进产房,握着她的手。女儿出生后,他半夜起来冲奶粉、换尿布、给娃洗澡,大了陪她玩,给女儿讲故事。

目前,循环荷载作用下土的动力特性试验主要集中在未冻融软土,如周健等[1]、王元东等[2]、叶俊能等[3]、姚兆明等[4]对频率、循环应力比、固结比等加载条件下的软土进行了研究,曹洋等[5]则在宏观动力特性研究的基础上加入了微观结构分析。王军等[6]通过不同排水条件下的连续和分阶段循环加载研究温州饱和软黏土的动力特性,提出不同排水条件下间歇加载的孔压发展不同于连续加载。魏新江等[7]、丁智等[8-9]则通过固结度这一角度进一步分析了循环荷载作用下的软土动力特性,指出固结度越高的土体,孔压发展越慢,孔压值也就越容易到达稳定。

选取3月~3月我院脑卒中康复期患者80例作为研究对象,采用奇偶法的形式将其均分为实验组与对照组,各40例。其中,对照组年龄45~68岁,平均年龄(66.5±1.4)岁,男26例,女14例;实验组年龄46~69岁,平均年龄(66.6±1.5)岁,男27例,女13例。纳入标准:经过检查符合脑卒中诊断标准;处于康复期;对本次研究知情并且签署了同意书。排除标准:精神疾病。两组患者一般资料比较,差异无统计学意义(P>0.05)[1]。

关于地铁循环荷载作用下的冻融土动力特性研究很少[8-9],唐益群等[10]主要研究了频率对冻融后软土的弹性模量、剪切模量等影响,并进一步分析了冻融软土的微观结构。但其仅对动频率作用下的冻融土应变发展规律进行了探究,且并未考虑地铁运行荷载0.4~0.6 Hz的频率区间。丁智等[11]对冻结温度和冻融周期两个影响因素进行了研究,并对冻融前后以及加载前后的土体进行了电镜扫描,分析了冻融软土的微观变化机理。但其仅考虑了冻结温度和冻融周期对冻融土体的影响,未探究频率、循环应力水平等影响因素,且未对动应变进行深入分析。

迄今国内鲜有学者涉足杭州湾地区人工冻土在开融后的动力性能的研究,而这关系到地铁隧道运行时的局部稳定及变形。基于此,针对杭州软土开展地铁荷载下冻融软土动力特性试验研究,通过设置不同加载频率、循环应力比、固结压力对冻融后土体的动孔压及应变进行研究,建立孔压发展试验模型,以便给软土区地铁冻结法工后沉降分析提供理论参考依据。

(2)患者准备对检验结果的影响至关重要,采集检验标本前,患者的生活起居、饮食状况、生理状态、病理变化、治疗措施等对标本的质量都有影响[2],应提前告知患者及其家属。

1 GDS动三轴试验

1.1 试验仪器及试样制备

试验设备选用英国GDS动三轴仪,试验用土取自于杭州地铁2号线(丰潭路—良渚站)沿线。采用自主研发的多联通道重塑土智能成土设备制土,有效解决了土样均一性差异对试验结果影响的问题[12]。利用荷兰QUANTA FEG 650型场发射扫描电镜对重塑土样进行水平和垂直断面孔隙结构扫描试验,结果表明该重塑土样具有较好的均一性,满足试验精确度和对比性的要求。土体主要物理指标见表 1。

表1 土体物理参数指标

含水率/%比重密度/(g·cm-3)塑限/%液限/%塑性指数32.9~37.52.751.81~1.8333.451.618.2

试验选取的冻结时间依据实际工程按比例进行换算,最大限度保证了试验冻融循环过程接近工程实际。试验冻结土样厚度约10 cm,冻结时间选取为48 h。参考文献[13]对土样进行冻结并融化,首先在相应温度下冻结48 h,然后将其置于恒温恒湿试验箱中融化48 h,完成一次冻融循环。最后将冻融完成的试样制作成D=38 mm、高度H=76 mm的圆柱体。为确保试样的饱和度,采取两步法进行:

(1) 真空饱和。参考SL237—1999《土工试验规程》[14]将圆柱体试样装入饱和器中,放置于真空饱水机中抽真空饱和3 h,并在大气压下浸泡12 h。

(2) 分级反压饱和。将试样装入动三轴仪器中进行分级反压:① 反压130 kPa,围压150 kPa,30 min;② 反压200 kPa,围压180 kPa,30 min;③ 反压250 kPa,围压230 kPa,60 min。

通过两步法后的试样孔隙水压力系数检测值B孔可在5 min内达到0.97以上,满足动三轴试验要求。

1.2 动三轴试验方案

以地铁列车荷载频率及循环应力比为变量进行冻融土动三轴试验,探究土体在不同条件下的动孔压变化与应变发展规律。实测表明,地铁运行荷载高频区间为2.5~2.8 Hz,低频区间为0.4~0.6 Hz,故本次试验设置频率为0.5、1、2、2.5 Hz。试验中通过改变动应力幅值和固结压力来设置土体循环应力比。刘莎等[15]的研究表明,地铁隧道底部附加应力一般为20~40 kPa,故本次试验动应力幅值采用20、40、60、80 kPa,固结压力为100、150、200 kPa。

丁智等[16]对比了不同动荷载加载方式与地铁列车循环荷载的相似程度,认为偏压正弦波加载可以更好地模拟地铁列车循环荷载,故本次动三轴试验加载方式采用偏压正弦波加载,即循环应力与偏压应力同步施压加载。循环应力比为

τ=σd/2p

( 1 )

式中:τ为循环应力比;σd为动应力幅值;p为固结压力。

统一对孔压进行归一化处理

注意:有消化不良时,消食药最多吃7天,如症状没改善应及时就诊。口感好的消食药一般都加了蜂蜜、蔗糖,糖友慎用。经常出现嗳气、胃疼,应到医院排除其他病,遵医嘱治疗。

u*=Δu/p

( 2 )

式中:u*为归一化孔压值;Δu为超孔隙水压力。

具体动三轴试验方案见表2。

表2 动三轴试验方案

试样编号频率/Hz静偏应力/kPa固结压力/kPa循环应力比冻结温度/℃冻融周期循环次数S-11402000.2-020000S-21302000.15-0000S-3100.10-0000S-41102000.05-0000S-51401500.27-0000S-61401000.4-0000S-72.5402000.2-0000S-82402000.2-0000S-91402000.2-0000S-100.5402000.2-0000

2 试验结果分析

2.1 加载频率对动孔压、应变影响分析

不同加载频率下的冻融土动孔压变化情况见图2,冻融后土体孔压发展规律与未冻融土相似,大致可分为三个阶段:第一阶段,振次较低但孔压迅速产生并接近线性增长;第二阶段,一定振次后孔压发展速率变慢,但仍持续增长;第三阶段,振次达到较高次数后,孔压增长进一步减缓,孔压值趋于稳定。在1 Hz加载频率下,冻融前后的曲线发展趋势大致相同,但冻融后土体孔压增长速率更快且孔压稳定值较未冻融土更高。这是由于冻融之后,冻土内冰晶增大了孔隙体积,虽然融化破坏了土颗粒间的联结作用,孔隙体积会受土颗粒自重影响有部分减少,但其收缩量始终小于膨胀量 [17]。

冻融后动孔压与荷载频率的关系见图3。由图3可见,归一化孔压与荷载频率接近线性变化,且较低荷载频率下的冻融土孔压更大。因为当加载频率较低时,荷载变化较慢,孔隙水压力有足够的上升和消散时间,所以最终达到的稳定值也相对较大,而循环荷载频率较高时,孔压则来不及上升和消散,使得稳定动孔压值相对较小。

章克凌等[18]、张茹等[19]、Yasuhara等[20]研究表明,加载频率对黏性土应变和孔压的影响较大,但Brown等[21]则认为频率对软土周期应变和孔压的影响不大。本文认为循环荷载作用下软土动孔压规律受土体性质、动荷条件、动应力幅值、固结压力等影响,故而呈现一定的差异性。冻融土动力特性试验研究结果表明,在正常地铁列车荷载频率下,对于冻融后软土,其加载频率越低,动孔隙压力值越高,这与章克凌等[18]、许才军等[22]、Matsui等[23]对软黏土动孔压的研究成果较为一致。

不同加载频率对冻融后软土轴向应变的影响规律见图4,其轴向应变变化规律曲线与孔压发展规律曲线相似。对比冻融与未冻融土的应变变化曲线发现冻融后土体应变值有较大的增长,其增长量约为未冻融土加载应变的40%,正如Simonsen等[24]的研究成果表明,一次完整的冻融循环之后,土的强度将会降低20%~60%,特别是对软土的影响更大。

软土冻融以后,土体强度明显降低,且在低频循环荷载作用下冻融土软化更为严重,强度也更低,即对于地铁列车循环荷载,加载频率越低,变形越能充分开展,轴向应变与加载频率关系见图5。这与张茹等[19]、Yasuhara等[20]对软黏土周期应变的研究成果较为一致。由图4、图5可得,地铁隧道周围冻融土变形较大部分产生于地铁运营初期,且频率较低荷载的危害更大。因此,对于地铁冻结法施工区域,应在试运营以及运营初始阶段内对低频列车荷载进行有效控制,以避免0.5 Hz左右的列车低频加载频率,造成地铁隧道变形过大乃至失稳等工程性灾害。

父母是孩子的第一任老师和引路人。斯库特非常不幸从小失去了母亲,但又很幸运,她父亲有正义感、道德感和过人的智慧和勇气。他关心孩子,会耐心倾听他们的烦恼。在慈爱睿智的父亲的呵护和教育下,她不断思考,纠正自己的看法。父亲陪伴和教诲时时刻刻在影响着她。她对自己、对他人、对社会和这个世界有了全新的认识,学会洞察自身以内和以外的世界。

2.2 循环应力水平对动孔压、应变影响分析

不同静偏应力幅值、固结压力以及循环应力比对动孔压的影响规律见图6。由图6可知,不同应力水平下,振次较少时土体能在短时间内产生较大的孔压,随着振次增大孔压增长速率减缓并趋于稳定。静偏应力幅值、循环应力比越高,其动孔压发展越快,最终的稳定孔压值也越高;而固结压力越高,则其动孔压发展越慢,最终的稳定孔压值也越低。未冻融土的孔压增长速率相比冻融后更慢,最终稳定值也更低些。若冻融土体处于低固结压力状态,即较高循环应力水平下,土体的软化现象将加剧,孔压发展速率更快,其稳定孔压值也更大。

不同静偏应力幅值、固结压力以及循环应力比对应变的影响规律见图7,其轴向应变变化规律曲线与孔压发展规律曲线类似,但应变变化更为明显。文献[15]研究表明,地铁运行时作用在隧道底部土体的动应力幅值为20~40 kPa(即静偏应力幅值为10~20 kPa),且从图6和图7可知,在该循环应力水平下,冻融土动孔压及轴向应变均较小。在相近循环应力比下,应力幅值比固结压力对冻融土动力特性影响更小。同时,由于地铁隧道埋深决定了地铁的先期固结压力,因而在冻结法施工时,应尽量避免该区间段隧道埋深过小,防止固结压力较小导致循环应力比过大,造成运营期间地铁隧道较大的不均匀沉降。

由图7(c)可知,当循环应力比为0.4时(固结压力为100 kPa),冻融土动孔压和轴向应变较其他情况下变化极大,对比同等条件下魏新江等[6]对未冻融土进行的循环加载试验结果,100 kPa下轴向应变最大值约为1.5%,而本次冻融土试验中则超过6%,可以推测循环应力比为0.4时已经接近冻融软土的临界循环应力比。文献[1]研究表明,杭州市未冻融软黏土临界循环应力比约为0.5,同时可以认为土体冻融后其临界循环应力比应该有所降低,故冻融土临界循环应力比区间应在0.4~0.5。

三度烧伤是指烧伤的面积达到皮肤总面积的一半以上,可能伤及全层皮肤,深度达到肌肉、皮下、骨骼等,皮肤出现脱水、坏死,甚至形成焦痂,创面没有明显的水泡,呈现焦黄或是蜡白色,部分可能已经出现炭化现象[1]。持续负压引流技术是应用特殊的材料对创面进行完整的覆盖,并形成创面负压,有效控制感染,并提高创面愈合的速率,减少疤痕,在三度烧伤中取得较好的临床效果,现具体阐述如下。

3 孔压模型建立

地铁列车循环动力荷载作用下,孔隙水压力的累积、消散是冻融土体强度降低以及产生变形的主要原因之一,因此建立有效的孔压预测模型是分析冻融土工后长期变形的重要手段。目前,现有的孔压模型大多数是针对未冻融土,且没有考虑不同频率、动应力幅值和固结压力等影响因素。参考文献[6-7, 9, 24]提出的饱和软土孔压预测模型,选择振次发展N为自变量建立复合幂函数的孔压试验模型,进一步描述频率、静偏应力和固结压力对孔压发展的影响,即

u*=A·

( 3 )

式中:N为振次;P为静偏应力幅值;F为加载频率;S为固结压力;A、B和C均为试验拟合参数。

试验数据采用七维高科1stOpt软件拟合,由于篇幅所限,选取部分曲线绘制得孔压拟合曲线,见图8,其相关性系数均在0.98以上,拟合效果较好,具体拟合参数见表3。

以标准组试验孔压为例,选取目前代表性的孔压预测模型与本文提出的模型进行拟合对比结果见图9。从图9中可以看出,在振次低于2 000次时各孔压模型拟合效果较为接近,当加载次数大于10 000次叶俊能等[3]与王元东等[2]的孔压模型与试验值出现较大差距,孔压拟合值有持续增长的趋势。而周建等[1]的一阶对数函数模型随振次增大孔压趋于稳定与试验值接近,但仍有较大偏差。由此可见,采用本文提出的模型能够较好的描述不同加载频率、静偏应力幅值和固结压力影响下的冻融土孔压发展趋势。

表3 拟合参数

拟合系数标准组频率/Hz静偏应力/kPa固结压力/kPa0.52.02.5102030100150A24.63810.0717.04112.9279.02912.2592.42910.4567.550B-0.0060.0760.2700.1790.1860.130-0.124-0.010-0.296C-17.768-13.591-11.721-12.936-16.790-16.4120.623-11.4890.569相关系数0.9920.9980.9960.9940.9910.9870.9890.9930.988

注:标准组试验条件:加载频率为1 Hz,静偏应力幅值为40 kPa,固结压力为200 kPa。

4 结论

针对不同频率和循环应力水平影响下的人工冻融土动力特性开展了动三轴试验研究,并进一步建立了动孔压试验模型,得出了一些有意义的研究成果:

(1) 不同加载频率对冻融后软土动孔压和轴向应变影响较大,其孔压发展规律曲线与轴向应变变化规律曲线相似,且冻融后土体孔压和应变值均有较大的增长。

陈忠林教授认为:“在如何理解适用法律的问题上,不应当是人民听我们的,而是我们应当听人民的。由于普通民众只可能以社会普遍认同的常识、常理、常情作为自己判断是非曲直的标准,因此,坚持以民众认同的常识、常理、常情为基础指导我们系统全面地理解适用法律,不断地检验我们对法律的理解和适用是否符合社会普遍认同的常识、常理、常情,不断地使我们理解适用法律的结果向民众的普遍认同靠拢,是确保我们的司法得到人民认同的根本性措施。”[4]1-12这是对民意极端追求的表现。我们确实需要关注民意,但是不可以盲从民意,更加不可以将民意作为唯一的考量因素。若是过分的关注民意,存在实行人治的危险。

(2) 地铁隧道周围冻融土变形较大部分产生于地铁运营初期,且较低频率荷载产生的危害更大。对于地铁冻结法施工区域,应在试运营阶段以及运营初始阶段内对低频列车荷载进行有效控制。

(3) 在较低循环应力水平下,冻融土动孔压及轴向应变均较小。在相近循环应力比下,应力幅值比固结压力对冻融土动力特性影响更小。同时冻结法施工区域应尽量避免隧道埋深过小,防止循环应力比过大而造成运营期间地铁隧道较大的不均匀沉降。

(4) 土体冻融后其临界循环应力比有所降低,冻融土临界循环应力比应在0.4~0.5。试验所得到的孔压模型考虑了不同频率、应力幅值和固结压力的影响,能够较好地模拟地铁循环荷载下冻融软土的孔压变化规律,可应用于杭州地区地铁隧道工程。

(Mobetron1000),还专门新建成一间术中放疗手术间,并陆续开展了多种肿瘤的术中放疗。由于此类手术的护理配合和放射防护存在许多特殊性,并对整个的围手术期治疗和预后至关重要。因此,现将术中放疗的护理配合要点报道如下。

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