交通荷載作用下厚層老黏土動(dòng)力特性研究

張樹軒 陳立偉 楊為民 司海寶

(1. 中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840；2. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；3.安徽工業(yè)大學(xué)，安徽馬鞍山 243000)

0 引言

隨著高速鐵路技術(shù)的不斷推廣，城市間軌道交通發(fā)展愈發(fā)迅猛。為保證2022年冬奧會(huì)交通需求，國(guó)家修建由北京至張家口的高速鐵路。近年來，高鐵運(yùn)行產(chǎn)生的交通荷載造成軌道不均勻沉降一直為國(guó)內(nèi)外土動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。鐵道部對(duì)無砟軌道的沉降變形提出明確要求[1]。通過土體動(dòng)力特性研究可為高鐵沉降變形計(jì)算提供理論依據(jù)，對(duì)高鐵維護(hù)及安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。當(dāng)前對(duì)土動(dòng)力學(xué)特性的研究大多通過室內(nèi)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)開展。由于原狀土試驗(yàn)結(jié)果存在離散性，多數(shù)學(xué)者對(duì)交通循環(huán)荷載試樣的研究多選取重塑土作為試驗(yàn)對(duì)象。雖曾有學(xué)者采用原狀樣進(jìn)行試驗(yàn)，但受鉆探進(jìn)尺深度限制，以往試驗(yàn)樣品多以淺表層試樣為主[2]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)厚層老黏土原狀土研究較少，對(duì)其土動(dòng)力特性研究還有待進(jìn)一步開展。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)交通荷載作用下土動(dòng)力學(xué)特性研究也已取得一定成果。唐益群等[3]通過動(dòng)三軸試驗(yàn),研究地鐵荷載作用下淤泥質(zhì)土的臨界動(dòng)應(yīng)力比及動(dòng)應(yīng)變隨各因素的變化規(guī)律，同樣對(duì)正常固結(jié)土臨界動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)探究的還包括周 建等[4]。張勇等[5]采用循環(huán)動(dòng)荷載不排水動(dòng)三軸試驗(yàn)，分析得出飽和軟黏土骨干曲線模型。陳穎平等[6]控制圍壓變化，擬合不同固結(jié)比作用下軸向應(yīng)變及動(dòng)強(qiáng)度與振次的關(guān)系。王常晶等[7]、溫日琨等[8]則從初始靜偏應(yīng)力的角度研究其對(duì)飽和土動(dòng)變形的影響。綜合前人研究成果，土動(dòng)力特性主要影響因素包括土動(dòng)應(yīng)力幅值大小(σd)、震動(dòng)頻率(f)、循環(huán)周數(shù)(N)、靜偏應(yīng)力(q)及固結(jié)比(Kc)等[9]。

高鐵列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的交通荷載，一般認(rèn)為是長(zhǎng)期疲勞循環(huán)荷載作用。交通荷載長(zhǎng)期循環(huán)往復(fù)作用將可能使官?gòu)d地區(qū)的下伏厚層老黏土產(chǎn)生形變，從而對(duì)高鐵運(yùn)行安全造成嚴(yán)重影響。為研究京張高鐵官?gòu)d段厚層老黏土在交通荷載作用下的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，利用GDS多功能三軸試驗(yàn)儀，考慮循環(huán)周次、動(dòng)應(yīng)力幅值大小、振動(dòng)頻率、固結(jié)應(yīng)力等因素對(duì)老黏土土動(dòng)力特性的影響，以期為未來高鐵路基維護(hù)、沉降控制及類似工程問題提供參考依據(jù)。

1 厚層老黏土工程特性

通過鉆探獲取官?gòu)d地區(qū)內(nèi)具有特殊結(jié)構(gòu)的深層灰黑色湖相原狀厚層老黏土(見圖1b)。依據(jù)第四系地層資料及專家現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定[10]，官?gòu)d地區(qū)厚層老黏土屬上更新統(tǒng)馬蘭組中、下段(Q3m1+2)，局部為中更新統(tǒng)赤城組上段(Q2c2)。受官?gòu)d懷來盆地沉積物源及沉積歷史等因素影響，厚層老黏土原為淤泥質(zhì)土，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間固結(jié)作用，其物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。通過室內(nèi)土工試驗(yàn)測(cè)得官?gòu)d盆地厚層老黏土的物理力學(xué)參數(shù)，并與全國(guó)內(nèi)陸老黏土及上海地區(qū)淺埋淤泥質(zhì)土物理性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比(見表1)。

表1 不同地區(qū)天然狀態(tài)下土的物理力學(xué)參數(shù)對(duì)比表[2-3,12]

將不同地區(qū)土的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)(見表1)，官?gòu)d地區(qū)厚層老黏土的平均天然密度可達(dá)2.072 g/cm3，略高于內(nèi)陸及上海地區(qū)的淤泥質(zhì)土，土體更為密實(shí)，故其孔隙比稍低于內(nèi)陸及上海地區(qū)淤泥質(zhì)土；測(cè)得厚層老黏土含水率約20.10%，較內(nèi)陸及上海地區(qū)淤泥質(zhì)土含水率低，土體更不易發(fā)生液化。對(duì)力學(xué)參數(shù)比對(duì)后可知，厚層老黏土的黏聚力約為80～211 kPa，遠(yuǎn)高于上海及內(nèi)陸地區(qū)淤泥質(zhì)土；測(cè)得內(nèi)摩擦角結(jié)果約21.3°～38.4°，壓縮模量約21.5～41.4 MPa，均高于上海及內(nèi)陸地區(qū)淤泥質(zhì)土；其壓縮系數(shù)小于0.1 MPa-1，屬低壓縮性土，而上海及內(nèi)陸地區(qū)淤泥質(zhì)土為中—高壓縮性土。

試驗(yàn)實(shí)測(cè)及對(duì)比分析結(jié)果表明，官?gòu)d地區(qū)厚層老黏土較全國(guó)內(nèi)陸及上海淺埋淤泥質(zhì)土埋深大，沉積歷史較久，天然狀態(tài)下土體密度較大，土體固結(jié)程度高，強(qiáng)度較高，具有弱膨脹性，失水后土體表面易崩解，未擾動(dòng)時(shí)土的物理力學(xué)性狀(見表1)接近于新近系頂部弱固結(jié)泥巖(見圖1b)。故官?gòu)d地區(qū)厚層老黏土的工程性質(zhì)良好。

以往研究結(jié)果表明[13]，淤泥或淤泥質(zhì)土一旦擾動(dòng)，土的結(jié)構(gòu)受損可致使其強(qiáng)度迅速降低，甚至完全喪失。京張高鐵樁基施工時(shí)，采用沖擊成孔加旋挖施工方法(見圖1a)，少數(shù)樁在成孔時(shí)對(duì)樁端老黏土的擾動(dòng)強(qiáng)烈，擾動(dòng)后土體狀呈軟塑狀(見圖1c)，說明成孔施工對(duì)土的強(qiáng)度損傷影響嚴(yán)重。在長(zhǎng)期交通循環(huán)荷載作用影響下，厚層老黏土不斷受擾動(dòng)仍存在產(chǎn)生大幅形變的可能。

圖1 官?gòu)d地區(qū)老黏土

2 動(dòng)三軸試驗(yàn)

2.1 動(dòng)三軸儀器及試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)采用南京水利科學(xué)研究院巖土試驗(yàn)室GDS(Global Digital Systems)多功能三軸試驗(yàn)儀(見圖2)，在GDS動(dòng)三軸模塊系統(tǒng)控制(DYNTTS)下進(jìn)行。

圖2 GDS多功能三軸儀

依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237—1999)[14]，具體制樣及試驗(yàn)方案按以下步驟進(jìn)行：

(1)將原狀土切削成高80 mm直徑38 mm的試樣，放置于水中，使用真空缸抽氣至少24 h達(dá)飽和。

(2)將試驗(yàn)樣品安裝在三軸壓力室內(nèi)，試樣上下均放置透水石，周圍貼濾紙條加速排水，套橡膠膜。試樣安裝完成后安裝壓力室。

(3)向壓力室內(nèi)注水加壓，對(duì)試樣施加等向圍壓6 h，等壓固結(jié)結(jié)束后軸向施加偏壓q至預(yù)定值，進(jìn)行偏壓固結(jié)，固結(jié)時(shí)間與等壓固結(jié)時(shí)間相同。

2.2 動(dòng)三軸試驗(yàn)加載條件

選用偏壓半正弦波近似模擬高鐵列車動(dòng)荷載，在固結(jié)不排水(CU)條件下進(jìn)行試驗(yàn)[15-16]；側(cè)壓力系數(shù)則由John公式kc=1--sinφ′確定[17]，式中φ′為有效內(nèi)摩擦角，其值選取時(shí)參考試驗(yàn)結(jié)果(見表1)近似取30°，計(jì)算側(cè)壓力系數(shù)kc=0.5。前人研究中定義循環(huán)周次1000次以上的交通荷載為長(zhǎng)期疲勞荷載[13]。故本次試驗(yàn)終止條件設(shè)置為振動(dòng)周次超過3000次或試樣動(dòng)應(yīng)變大于5%，即停止試驗(yàn)。試驗(yàn)加荷過程如圖3所示。

圖3 GDS模擬循環(huán)動(dòng)荷載波形圖

試驗(yàn)時(shí)對(duì)不同試樣主要控制加載圍壓、加載頻率與動(dòng)應(yīng)力比等參數(shù)。為研究不同層位試樣不同動(dòng)應(yīng)力比作用下老黏土的動(dòng)力特性，暫不考慮樁的附加應(yīng)力及阻尼效應(yīng)，對(duì)不同圍壓及動(dòng)應(yīng)力比作用下的動(dòng)荷載進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，從而達(dá)到研究不同固結(jié)應(yīng)力作用下極限狀態(tài)土體動(dòng)力特性的目的[18]。試驗(yàn)中對(duì)同一層位的試樣選取控制不同動(dòng)應(yīng)力比進(jìn)行試驗(yàn)，其計(jì)算公式為R=σd/2σ3。式中σd為動(dòng)應(yīng)力，σ3為側(cè)向固結(jié)應(yīng)力，單位均為kPa，動(dòng)應(yīng)力比用R表示。

高鐵列車動(dòng)頻率參考經(jīng)驗(yàn)公式f=V/L進(jìn)行計(jì)算。式中f為動(dòng)頻率， Hz；V為列車車速，m/s；列車車廂長(zhǎng)度L取固定值25 m[19]。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)比2種不同動(dòng)頻率作用下土體動(dòng)力特性。當(dāng)列車速度為200 km/h時(shí)，列車頻率約為2 Hz，列車速度為300 km/h時(shí)，列車頻率近似取3 Hz。動(dòng)三軸試驗(yàn)控制參數(shù)如表2所示。

表2 動(dòng)三軸試驗(yàn)控制參數(shù)匯總表

3 動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)厚層老黏土工程特性，對(duì)京張高鐵官?gòu)d地區(qū)厚層老黏土原狀樣按照設(shè)計(jì)的試驗(yàn)步驟及不同的加載條件依次進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的整理，總結(jié)分析了在動(dòng)應(yīng)力比、動(dòng)頻率、固結(jié)應(yīng)力等不同因素控制下循環(huán)周次與動(dòng)應(yīng)變之間的關(guān)系，并擬合了相應(yīng)曲線的關(guān)系式。

3.1 結(jié)果分析

3.1.1 動(dòng)應(yīng)力比對(duì)動(dòng)應(yīng)變的影響

以深60 m的官?gòu)d地區(qū)厚層老黏土原狀樣為對(duì)比研究對(duì)象，當(dāng)控制頻率及固結(jié)應(yīng)力一定時(shí)，不同動(dòng)應(yīng)力比加載條件下土體動(dòng)應(yīng)變隨振動(dòng)周數(shù)變化如圖4所示。

圖4 振動(dòng)次數(shù)與動(dòng)應(yīng)變關(guān)系圖(60 m)

由試驗(yàn)結(jié)果可知，同一深度不同動(dòng)應(yīng)力幅值作用下，60 m厚層老黏土振次達(dá)3000次后，試樣軸向動(dòng)應(yīng)變均未達(dá)5%。當(dāng)土樣埋深及動(dòng)荷載振動(dòng)頻率一定時(shí)，老黏土動(dòng)應(yīng)變隨循環(huán)周次的累加呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；在前100次振動(dòng)過程中，土體動(dòng)應(yīng)變隨振次的增加迅速發(fā)展；隨著振次不斷增加，試樣產(chǎn)生的軸向動(dòng)應(yīng)變速率逐漸趨于平緩。是在長(zhǎng)期動(dòng)荷載作用下，土體顆粒之間受振壓密所至。隨著土體不斷被壓密，孔隙水壓力逐漸增大，土樣內(nèi)產(chǎn)生反壓使其難以進(jìn)一步發(fā)生形變，應(yīng)變量逐漸趨于穩(wěn)定。學(xué)者們普遍定義在動(dòng)應(yīng)力作用下，土樣未發(fā)生明顯剪切破壞，動(dòng)應(yīng)變逐漸趨于穩(wěn)定的曲線為穩(wěn)定型[2]。

由圖4(b)可見，對(duì)于2 Hz的試樣，當(dāng)R=0.1時(shí)，土體產(chǎn)生的最終動(dòng)應(yīng)變約為0.047%；當(dāng)R=0.15時(shí)，土體最終動(dòng)應(yīng)變約為0.095%，為R=0.1時(shí)最終動(dòng)應(yīng)變幅值的2倍；當(dāng)R=0.45時(shí)，土體最終動(dòng)應(yīng)變達(dá)到0.889%，較R=0.1時(shí)增加近18倍。土樣動(dòng)應(yīng)變幅值隨動(dòng)應(yīng)力比的增大發(fā)展迅速，即較大的動(dòng)荷載對(duì)土體動(dòng)應(yīng)變發(fā)展作用更明顯。

3.1.2 動(dòng)頻率對(duì)動(dòng)應(yīng)變的影響

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果(見圖4)將各動(dòng)應(yīng)力比作用下的不同動(dòng)頻率產(chǎn)生的最終應(yīng)變進(jìn)行比較(見圖5)，可知在同一深度同一應(yīng)力比荷載作用下的樣品，低頻產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)變較高頻產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)變更顯著。產(chǎn)生這種現(xiàn)象是由于土體受動(dòng)荷載作用產(chǎn)生變形需要一定時(shí)間，而振動(dòng)頻率越快，留給土體變形反應(yīng)的時(shí)間越短。土顆粒間受高頻振動(dòng)作用還未來得及變形完全就已進(jìn)入下一周次振動(dòng)，故高頻作用下土體受動(dòng)荷載作用反應(yīng)時(shí)間不如低頻荷載時(shí)間長(zhǎng)，造成高頻土樣土體變形量便不如低頻荷載明顯。由圖5還反映出在不同頻率作用下，動(dòng)應(yīng)變之差隨動(dòng)應(yīng)力比的增長(zhǎng)呈增大趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果基本符合這一基本規(guī)律，但由于受人為擾動(dòng)等多因素影響，部分?jǐn)?shù)據(jù)具有離散性。試驗(yàn)也仍存在加載頻率相對(duì)較少，難以詳細(xì)刻畫多個(gè)頻率作用下動(dòng)應(yīng)變隨頻率變化曲線的問題。

圖5 頻率控制動(dòng)應(yīng)力比與最終動(dòng)應(yīng)變關(guān)系圖(60 m)

3.1.3 固結(jié)應(yīng)力對(duì)動(dòng)應(yīng)變的影響

當(dāng)控制動(dòng)應(yīng)力比(R=0.3)及動(dòng)頻率(2 Hz)一定時(shí)，不同深度固結(jié)應(yīng)力作用下土體振次與動(dòng)應(yīng)變關(guān)系如圖6所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到不同振次不同深度土體動(dòng)應(yīng)變隨與周次發(fā)展情況如表3所示。

圖6 圍壓控制振動(dòng)次數(shù)與動(dòng)應(yīng)變關(guān)系圖(2 Hz,R=0.3)

由圖6(a)可見，在相同的頻率及動(dòng)應(yīng)力比加載條件下，不同深度土體應(yīng)變的發(fā)展幅度及速率明顯不同。30 m的土樣振動(dòng)至430次左右時(shí)，動(dòng)應(yīng)變已經(jīng)大于5%，即樣品已破壞；40 m及 50 m的土樣振動(dòng)3000次后，產(chǎn)生最終動(dòng)應(yīng)變接近于4.5%，雖未達(dá)5%的破壞值，但樣品動(dòng)應(yīng)變已接近試驗(yàn)中止條件；振次至430次左右時(shí)，各個(gè)試樣動(dòng)應(yīng)變均已超過最終應(yīng)變量70%以上，但很快動(dòng)應(yīng)變曲線便趨于穩(wěn)定，周次與動(dòng)應(yīng)變的半對(duì)數(shù)曲線斜率也逐漸趨于平緩；60 m與80 m的樣品曲線最終動(dòng)應(yīng)變未超過1%，振動(dòng)周數(shù)至430次時(shí)，變形量已超過最終變形量的80%，隨后變形量逐漸趨于一常數(shù)。

根據(jù)圖6(a)試驗(yàn)曲線可繪制同應(yīng)力比同動(dòng)頻率作用下不同深度試樣周次--動(dòng)應(yīng)變速率曲線。由動(dòng)應(yīng)變發(fā)展速率曲線(見圖7)及動(dòng)應(yīng)變比隨振次變化表(見表3)可知，土樣動(dòng)應(yīng)變發(fā)展速率隨深度不同有所差異，且振動(dòng)動(dòng)應(yīng)變發(fā)展速率與土體最終應(yīng)變量大小有關(guān)。30 m土樣初始動(dòng)應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較40 m與50 m的試樣慢，但其周次與動(dòng)應(yīng)變發(fā)展曲線近似呈直線，屬破壞型曲線。40 m與50 m的土樣性質(zhì)相似，40 m試樣初試發(fā)展速率與50 m的土樣相比，其動(dòng)應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率較慢。但50 m試樣動(dòng)應(yīng)變達(dá)穩(wěn)定的振次少于40 m的試樣，其最終動(dòng)應(yīng)變均接近4.5%，故40 m與50 m樣品在當(dāng)前動(dòng)荷載作用下處于臨界狀態(tài)。60 m與80 m的樣品性質(zhì)類似，幾乎剛受動(dòng)荷載作用土體就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，土體強(qiáng)度較大，產(chǎn)生的最終變形量不大，振次與動(dòng)應(yīng)變關(guān)系屬穩(wěn)定型。

圖7 不同深度周次-動(dòng)應(yīng)變速率曲線圖

表3 不同深度土體動(dòng)應(yīng)變發(fā)展隨周次變化表(500次內(nèi))

以上規(guī)律說明土樣固結(jié)應(yīng)力對(duì)試樣動(dòng)變形及變形速率均有一定影響。土體所受固結(jié)壓力越大，在相同動(dòng)應(yīng)力比及相同頻率的加載條件下，土體產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)變?cè)叫?，?dòng)強(qiáng)度越大。土體應(yīng)變量與固結(jié)壓力大小呈負(fù)相關(guān)。但前期振動(dòng)階段，土體應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率卻與土體圍壓的大小呈正相關(guān)，且固結(jié)壓力越大的土體進(jìn)入穩(wěn)定階段所需的振動(dòng)周次越少。官?gòu)d地區(qū)厚層老黏土呈現(xiàn)該現(xiàn)象的原因與土體自身固結(jié)歷史有一定的關(guān)系。

3.2 公式擬合

從京張高鐵埋深60 m不同應(yīng)力比的土體試驗(yàn)結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)(見圖4)，土體動(dòng)應(yīng)變均未超過1%，屬于穩(wěn)定型發(fā)展曲線。符合Monismith C L等提出的ε=aNb穩(wěn)定型曲線指數(shù)模型[20]。為了更好反映規(guī)律，采用振次與動(dòng)應(yīng)變的半對(duì)數(shù)曲線(lgN-ε)表示其發(fā)展關(guān)系(見圖8)。由圖可知振次與動(dòng)應(yīng)變的半對(duì)數(shù)曲線可近似用一直線方程表示，且斜率隨動(dòng)應(yīng)力比的增大呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)。故y=A+BlgN線性模型能夠更簡(jiǎn)單地?cái)M合周次與動(dòng)應(yīng)變的關(guān)系。式中N表示循環(huán)周次，A為直線截距，表示第一次振動(dòng)土體產(chǎn)生的塑性變形量；B為直線斜率，代表的是循環(huán)加載作用過程中土體動(dòng)應(yīng)變的發(fā)展速率，該參數(shù)與土體的動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)。采用origin軟件對(duì)60 m試樣(見圖8)周次--動(dòng)應(yīng)變半對(duì)數(shù)曲線進(jìn)行擬合，得到擬合參數(shù)如表4所示。計(jì)算得相關(guān)系數(shù)r2值較高，滿足數(shù)據(jù)離散性要求。由擬合結(jié)果可知，相同固結(jié)應(yīng)力同一頻率動(dòng)荷載作用下，土樣周次--動(dòng)應(yīng)變半對(duì)數(shù)曲線表示動(dòng)應(yīng)變發(fā)展速率的B值隨動(dòng)應(yīng)變比的增大呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；且相同動(dòng)應(yīng)力比條件下，2 Hz土體動(dòng)應(yīng)變的發(fā)展速率較3 Hz的快。

圖8 振動(dòng)次數(shù)與動(dòng)應(yīng)變半對(duì)數(shù)關(guān)系圖(60 m)

表4 同一深度不同頻率不同應(yīng)力比擬合半對(duì)數(shù)曲線參數(shù)表(60 m)

借助origin軟件，對(duì)動(dòng)應(yīng)力比R=0.3時(shí)不同深度動(dòng)荷載作用下的土體的動(dòng)應(yīng)變-周次半對(duì)數(shù)曲線關(guān)系進(jìn)行擬合。由圖6(b)可知對(duì)于30 m的土樣，動(dòng)應(yīng)變-周次的發(fā)展曲線呈破壞型，擬合破壞型曲線方程y=a·elgN/t1+y0，其中N為振次，a、y0、t1、t2為擬合參數(shù)，r2為相關(guān)系數(shù)；40 m至50 m的土樣曲線近臨界型，擬合臨界型曲線方程y=y0+a(1-elgN/t1)+b(1-elgN/t2)，其中N為振次，a、b、y0、t1、t2為擬合參數(shù)，r2為相關(guān)系數(shù)；60 m以下的土樣，動(dòng)應(yīng)變-周次發(fā)展曲線為穩(wěn)定型。穩(wěn)定型曲線方程近似擬合為線型y=a+blgN，其中a、b為參數(shù)，N為振次。具體擬合參數(shù)及相關(guān)系數(shù)如表5所示。

表5 不同深度振次動(dòng)應(yīng)變半對(duì)數(shù)曲線擬合參數(shù)表

4 結(jié)論

(1)京張高鐵厚層老黏土在天然狀態(tài)下物理力學(xué)性質(zhì)較一般淺埋淤泥質(zhì)黏土好，土體密實(shí)度較大，含水率及孔隙比均低于一般淤泥質(zhì)土。這與老黏土自身受到的固結(jié)應(yīng)力與固結(jié)歷史有關(guān)。

(2)京張高鐵不同深度厚層老黏土的動(dòng)力特性不同，在相同動(dòng)應(yīng)力比相同頻率作用下，固結(jié)壓力小的土體變形更明顯。振動(dòng)初期，固結(jié)壓力大的土體應(yīng)變發(fā)展速率快，達(dá)到穩(wěn)定發(fā)展階段所需振次越少。在動(dòng)頻率2 Hz、動(dòng)應(yīng)力比為0.3的相同加載條件下，30 m的土體產(chǎn)生變形量較大，40～50 m的土樣處于臨界狀態(tài)，60 m以下土體較穩(wěn)定。故京張高鐵應(yīng)對(duì)30～50 m樁端土變形量加以監(jiān)測(cè)。

(3)埋深為同一深度的土體在不同動(dòng)應(yīng)力比作用下，土體應(yīng)變量隨加載動(dòng)應(yīng)力的增加而增大。在不同頻率的動(dòng)荷載作用下，同一深度的土體動(dòng)應(yīng)變于低頻率作用下發(fā)展更為顯著。

(4)由origin軟件擬合不同深度及不同固結(jié)應(yīng)力比作用下振次與動(dòng)應(yīng)變關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式，擬合結(jié)果可為京張高鐵后期沉降控制提供參考依據(jù)。

當(dāng)前，交通荷載作用下高鐵造成不均勻沉降問題為限制城市間交通運(yùn)輸速度的障礙之一。我國(guó)對(duì)老黏土原狀土動(dòng)力特性研究較欠缺，未來仍有待進(jìn)一步開展土體的動(dòng)力學(xué)特性、土本構(gòu)模型關(guān)系、交通荷載長(zhǎng)期沉降量的預(yù)測(cè)等方面的研究。