凍融循環(huán)作用下東北鹽漬土地區(qū)路基填料改良試驗(yàn)研究

李治斌 蘇安雙 張曉東 劉利驕 劉春龍 丁琳 徐凡林 李震威

摘要：為探究?jī)鋈谘h(huán)作用對(duì)固化鹽漬土抗壓性能的影響，考慮凍融循環(huán)次數(shù)、壓實(shí)度和含水率作為影響因素，對(duì)二灰固化鹽漬土進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，并建立二灰固化鹽漬土的損傷模型。結(jié)果表明，凍融前后二灰固化鹽漬土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)均為應(yīng)變軟化型；固化土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量在第1次凍融循環(huán)后降幅最大，此后趨于穩(wěn)定；含水率低和土體壓實(shí)度高的試樣受凍融作用的影響小；土的含水率、壓實(shí)度和凍融循環(huán)次數(shù)與抗壓強(qiáng)度間存在非線(xiàn)性關(guān)系；建立的損傷模型可較好地表達(dá)土體應(yīng)力變化趨勢(shì)；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的三參數(shù)二灰固化鹽漬土損傷模型具有精度較好及使用方便的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：二灰固化鹽漬土；無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)；凍融循環(huán)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；損傷模型

中圖分類(lèi)號(hào)：S773文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8023（2023）02-0139-09

Experimental Study on Roadbed Filling Improvement of Saline Soil

in Northeast China under Freeze-Thaw Cycle

LI Zhibin1， SU Anshuang2*， ZHANG Xiaodong3， LIU Lijiao1， LIU Chunlong4，

DING Lin1， XU Fanlin1， LI Zhenwei1

（1.School of Civil Engineering and Architecture， Heilongjiang University， Harbin 150080， China; 2.Heilongjiang Province

Hydraulic Research Institute， Harbin 150078， China; 3.Heilongjiang Longye Water Conservancy and Hydropower

Engineering Construction Co.， Ltd.， Harbin 150080， China;4.Suihua Water and Soil Conservation and Water

Conservancy Engineering Quality Monitoring Center， Suihua 152000， China）

Abstract：In order to explore the influence of freeze-thaw cycles on the compressive performance of solidified saline soil， unconfined compression tests were carried out on the lime-ash cured saline soil， considering the number of freeze-thaw cycles， compaction degree and water content as influencing factors， and a damage model of lime-ash cured saline soil was established. The results showed that the stress-strain curves of lime-ash cured saline soil before and after freezing-thawing were strain softening. The compressive strength and elastic modulus of solidified soil decreased the most after the first freeze-thaw cycle， and then tended to be stable. The samples with low water content and high soil compaction degree were less affected by freeze-thaw action. There was a nonlinear relationship between soil water content， compaction degree and number of freeze-thaw cycles and compressive strength. The damage model can well express the stress variation trend of soil. The damage model of three-parameter and lime-ash cured saline soil based on neural network had the characteristics of good accuracy and convenience.

Keywords： Lime-ash cured saline soil; unconfined compression test; freeze-thaw cycle; neural network; damage model

收稿日期：2022-09-16

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41071049）；凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（SKLFSE201802；SKLFSE201919）；黑龍江大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)目（YJSCX2022-237HLJU）

第一作者簡(jiǎn)介：李治斌，碩士研究生。研究方向?yàn)閮鐾凉こ毯望}漬土改良。Email： lzb_980528@163.com

*通信作者：蘇安雙，博士，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)楣こ虄鐾僚c寒區(qū)水利工程。Email： bridgecrete@ 163.com

引文格式：李治斌，蘇安雙，張曉東，等.凍融循環(huán)作用下東北鹽漬土地區(qū)路基填料改良試驗(yàn)研究[J].森林工程，2023，39（2）：139-147.

LI Z B， SU A S， ZHANG X D， et al. Experimental study on roadbed filling improvement of saline soil in Northeast China under freeze-thaw cycle[J]. Forest Engineering， 2023，39（2）：139-147.

0引言

鹽漬土是指易溶鹽含量大于0.3%的土體，在我國(guó)分布面積廣泛，具有鹽脹、溶陷和腐蝕性等特性[1]。同時(shí)，我國(guó)又是凍土分布面積的第三大國(guó)，凍土區(qū)的土體由于溫度季節(jié)變化會(huì)產(chǎn)生凍脹融沉作用，會(huì)進(jìn)一步引發(fā)各種道路工程問(wèn)題[2]。東北鹽漬土主要以碳酸型鹽漬土為主，碳酸鹽漬土主要具有溶陷性，容易對(duì)道路路面和路基造成開(kāi)裂、坍塌等破壞；且東北地區(qū)位于我國(guó)典型季凍土區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱，更加劇了路基土的鹽脹和凍脹作用，尤其在春季，路基容易發(fā)生不均勻沉降，路面出現(xiàn)融陷變形和翻漿等現(xiàn)象[3-4]。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，水鹽結(jié)晶產(chǎn)生的晶體壓力是鹽漬土變形的主要原因[5-6]。在凍融作用下，Zhang等[7]發(fā)現(xiàn)鹽漬土的多項(xiàng)物理指標(biāo)發(fā)生了變化，強(qiáng)度明顯降低。李棟國(guó)[8]研究發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)次數(shù)、壓實(shí)度和含水率對(duì)鹽漬土的強(qiáng)度影響較大。

石灰和粉煤灰是常用的用于固化鹽漬土的無(wú)機(jī)材料。Locat等[9]提出用石灰對(duì)鹽漬土進(jìn)行改良，對(duì)改良后的物性指標(biāo)進(jìn)行了分析。徐永麗等[10]探究了凍融循環(huán)和不同溫度對(duì)石灰固化鹽漬土動(dòng)力參數(shù)影響。程卓等[11]研究了凍融循環(huán)對(duì)粉煤灰改良鹽漬土抗剪特性的影響。事實(shí)上，研究發(fā)現(xiàn)，相較于單一固化二灰聯(lián)合固化效果更加明顯[12-13]。

為了研究高緯度季凍區(qū)路基填料的改良方法，同時(shí)鑒于對(duì)改良碳酸鹽漬土的損傷力學(xué)模型研究較少，本研究選取典型路基鹽漬粉質(zhì)黏土作為試驗(yàn)用土，為了使試驗(yàn)更具代表性，采用室內(nèi)配制鹽漬土的方式，以石灰和粉煤灰作為固化劑，選取凍融循環(huán)次數(shù)、壓實(shí)度和含水率3個(gè)影響因素進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，來(lái)探究固化鹽漬土的單軸力學(xué)特性；同時(shí)，由于傳統(tǒng)的利用數(shù)學(xué)模型擬合獲得損傷模型參數(shù)的方法較為繁瑣，因此基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型建立了二灰固化鹽漬土的損傷本構(gòu)模型，以期為鹽漬土地區(qū)的工程建設(shè)和鹽漬土的固化提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1試樣制備和試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)材料

（1）素土

試驗(yàn)土原料取自哈爾濱市典型粉質(zhì)黏土，其顆粒分布曲線(xiàn)如圖1所示，土樣的塑限為15.51%，液限為30.58%，塑性指數(shù)為15.07，為粉質(zhì)黏土，最優(yōu)含水率為17.8%，最大干密度為1.90 g/cm3。

（2）碳酸氫鈉

由于東北地區(qū)的鹽漬土多為碳酸型鹽漬土，呈弱堿性，且碳酸氫鈉是導(dǎo)致碳酸鹽漬土發(fā)生破壞的主要鹽分，故本次試驗(yàn)采用碳酸氫鈉作為人工配制鹽漬土的鹽分，根據(jù)李棟國(guó)[8]的研究，壓實(shí)度和含水率的變化對(duì)1.5%含鹽量鹽漬土的鹽脹和凍脹的發(fā)展影響較大，因此本研究含鹽量設(shè)置為1.5%。實(shí)驗(yàn)用碳酸氫鈉呈結(jié)晶狀粉末，NaHCO3含量不少于99.5%。

（3）固化材料

石灰為傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)固化材料，不僅可以明顯提高土體的力學(xué)性能，還可提供破解粉煤灰玻璃體中的SiO和AlO鍵的OH-以及使粉煤灰活性激發(fā)、水化生成水硬膠凝性物質(zhì)所需要的Ca2+，是激發(fā)粉煤灰活性的必要條件。粉煤灰具有與石灰重結(jié)晶、促進(jìn)離子吸附與交換等作用，可使土體形成網(wǎng)狀連接，增強(qiáng)固化土強(qiáng)度。石灰和粉煤灰的基本物理化學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2試樣制備

將素土烘干碾壓后過(guò)2 mm篩，摻入1.5%的碳酸氫鈉并攪拌均勻形成重塑鹽漬土。根據(jù)文獻(xiàn)[14-15]，二灰摻量在15%且粉煤灰摻量為石灰摻量的2～4倍時(shí)固化效果最佳；又根據(jù)丁黔等[16]的試驗(yàn)結(jié)果分析，石灰進(jìn)行主要的水化反應(yīng)，摻量在3%時(shí)固化效果最佳。因此本研究選取二灰摻量為15%，二灰比為1∶4，即摻入3%的石灰和12%的粉煤灰。根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E51—2009》，按照一定的壓實(shí)度和含水率將固化劑摻入土料，調(diào)制好的固化土放入密封袋中密封24 h，之后將固化土料放入直徑50 mm、高度50 mm的圓柱體模具中，利用壓力機(jī)（1 mm/min加壓速率）壓制成試樣，每種配合比試樣制作3個(gè)。將制好的試樣裝入密封袋中并放入25 ℃、濕度95%的恒溫養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)14 d。

1.3試驗(yàn)方案

選取壓實(shí)度、含水率和凍融循環(huán)次數(shù)作為試驗(yàn)變量。

1）壓實(shí)度和含水率選取

摻入3%石灰和12%粉煤灰的改良鹽漬土的最優(yōu)含水率為20.8%，最大干密度為2.02 g/cm3。綜合考慮含水率和壓實(shí)度對(duì)制樣的影響，為不使土樣過(guò)于松軟或難以擊實(shí)，且為了試驗(yàn)效果更加明顯而增加試驗(yàn)條件參數(shù)梯度，含水率取18%、21%和24%；壓實(shí)度取95%、85%和75%，共9組試樣。

2）凍融循環(huán)試驗(yàn)

采用體外凍融循環(huán)的方式，將養(yǎng)護(hù)好的試樣保持密封狀態(tài)，放入-20 ℃的低溫試驗(yàn)箱中恒溫冷凍12 h，之后取出放入20 ℃的恒溫養(yǎng)護(hù)室中靜置12 h，此為一次凍融。根據(jù)研究表明試樣在凍融10次后力學(xué)性質(zhì)基本趨于穩(wěn)定[17]，因此，設(shè)計(jì)凍融循環(huán)次數(shù)為0、1、3、5、7、10次，共計(jì)6個(gè)水平變量。

3）無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)

在室溫下，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度采用WDW-100微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定，加載速率設(shè)定為1 mm/min。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)

本試驗(yàn)共計(jì)54組試驗(yàn)數(shù)據(jù)（不含重復(fù)試驗(yàn)），圖2給出所有試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，其中W表示含水率，C表示壓實(shí)度，N表示凍融循環(huán)次數(shù)。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，在含水率和壓實(shí)度都相同的條件下，試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)均為應(yīng)變軟化型。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)逐漸降低，未凍融試樣的曲線(xiàn)明顯高于其他試樣且強(qiáng)度峰值對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值要比其他試樣小。這是因?yàn)橥馏w內(nèi)的水分在低溫狀態(tài)下變?yōu)楸瑥亩鴶U(kuò)大了土體平均孔隙直徑；同時(shí)在凍融作用下，土體顆粒和水鹽晶體產(chǎn)生凍脹力從而破壞土體骨架，土體產(chǎn)生裂隙，強(qiáng)度降低。由圖3破壞形態(tài)來(lái)看，試樣在彈性變形后表面產(chǎn)生縱向裂縫，隨著應(yīng)力的增加，裂縫也越來(lái)越大，在試樣的頂部形成“錐形”破壞，這是典型的脆性破壞形式。

2.2凍融循環(huán)作用下抗壓強(qiáng)度的分布

取試樣軸向應(yīng)力最大值作為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，取試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)彈性階段的斜率作為試樣的彈性模量，可得到試樣抗壓強(qiáng)度和彈性模量與凍融次數(shù)的關(guān)系，如圖4所示。由圖4可以看出，每組試樣的抗壓強(qiáng)度和彈性模量均隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而減小，且均在第1次凍融后降幅達(dá)到最大，經(jīng)歷1次凍融后，強(qiáng)度和彈性模量變化幅度逐漸減小。其中，W18%C85%和W21%C95%的彈性模量在第1次凍融循環(huán)后就已經(jīng)十分接近，經(jīng)歷10次凍融循環(huán)后其差距也非常小，且第10次凍融循環(huán)后W18%C85%的彈性模量低于W21%C95%，說(shuō)明W21%C95%條件的試樣比較穩(wěn)定，而W18%C85%的試樣在10次凍融后彈性模量下降的潛力更大。

按式（1）定義強(qiáng)度衰減率（Kn）

Kn=σ0-σnσ0。（1）

式中：σ0為未凍融試樣的抗壓強(qiáng)度；σn為凍融循環(huán)n次抗壓強(qiáng)度。

由圖5可以看出，在經(jīng)歷第1次凍融循環(huán)之后試樣的K均突然變大，此后K緩慢增加。從整體上看，高含水率和低含水率的試樣間差異比較明顯，而21%含水率的試樣表現(xiàn)最穩(wěn)定，說(shuō)明此時(shí)水分對(duì)土體的黏結(jié)作用和凍脹作用都比較適中。其中18%含水率95%壓實(shí)度的試樣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定受凍脹作用最小，顆粒間連接作用也最強(qiáng)，所以10次凍融后K最小為22.76%；24%含水率75%壓實(shí)度的試樣受凍融作用明顯，K在第10次凍融循環(huán)后突然增大，達(dá)到了49.39%，分析其原因：在凍融循環(huán)中，土粒需要重新排列、重新穩(wěn)定和密實(shí)，尤其是低擊實(shí)度土樣，由于本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定受到的影響更大，W24%C75%試樣的壓實(shí)度太低導(dǎo)致土骨架松散，凍融循環(huán)對(duì)其破壞作用明顯，因此相較于其他試樣W24%C75%的強(qiáng)度衰減率隨凍融循環(huán)一直都呈現(xiàn)高增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2.3含水率和壓實(shí)度與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

試樣的抗壓強(qiáng)度（未凍融）與含水率和壓實(shí)度之間的變化關(guān)系分別如圖6所示，由圖6可以看出，一般情況下，試樣的壓實(shí)度相同時(shí)，試樣的含水率越高強(qiáng)度就越低；試樣含水率相同時(shí)，試樣的壓實(shí)度越高，強(qiáng)度就越高。

利用Matlab中的擬合工具箱，可以建立抗壓強(qiáng)度與壓實(shí)度和含水率之間的關(guān)系，可將數(shù)據(jù)繪出三維曲面，如圖7所示。選擇Polynomial算法進(jìn)行擬合分析。

經(jīng)計(jì)算分析，將抗壓強(qiáng)度設(shè)為壓實(shí)度和含水率的三次多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合，R2可以達(dá)到0.997，

說(shuō)明擬合效果良好，抗壓強(qiáng)度關(guān)于含水率和壓實(shí)度之間的關(guān)系可表示為

σ0=2.907W2+1371C2-156.6WC-17.387W+2613.633C-1 090.744。（2）

式中：σ0為未凍融試樣的抗壓強(qiáng)度。

3損傷本構(gòu)模型

3.1損傷模型的建立

根據(jù)Lemaitre[18]提出的“等效應(yīng)變”假設(shè)，二灰固化鹽漬土的損傷本構(gòu)模型可表示為

σ=Eε（1-D）。（3）

式中：σ為名義應(yīng)力，kPa；E為彈性模量，kPa；ε為應(yīng)變；D為損傷變量。

該類(lèi)模型認(rèn)為材料在損壞時(shí)不能承受應(yīng)力，在峰值過(guò)后應(yīng)力很快下降。但事實(shí)上從應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)可以看出，二灰固化鹽漬土在達(dá)到峰值應(yīng)力后緩慢下降，說(shuō)明土體仍能承受一部分壓力，因此引入修正系數(shù)α來(lái)建立能表示出殘余應(yīng)力的損傷模型[19]

σ=Eε（1-αD）。（4）

式中，α為修正系數(shù)，變化范圍在0到1之間。

假定固化土微元損傷服從Weibull分布，概率密度表達(dá)式為

P（ε）=mFεFm-1exp-εFm。（5）

式中，m和F為Weibull分布參數(shù)。

那么，可以求出損傷變量D的表達(dá)式

D=SfS=∫ε-∞SP（x）dxS

=∫ε-∞P（x）dx=1-exp-εFm。（6）

式中：Sf為損傷的微元面積數(shù)；S為總微元面積數(shù)。

將式（6）代入式（4）可得

σ=Eε1-α+αexp-εFm=Eε-αEε+αEεexp-εFm。（7）

根據(jù)二灰固化鹽漬土應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)邊界條件可得出

ε=εp，σ=σpdσdε=0。（8）

式中：εp為峰值應(yīng)變；σp為峰值應(yīng)力。

聯(lián)立式（7）和式（8）可得出m和F表達(dá)式：

m=-σP[σP+（α-1）EεP]ln1ασPEεP+α-1。（9）

F=εP1mσPσP+（α-1）EεP-1m。（10）

再將m和F代入到式（7）中可得到無(wú)側(cè)限壓縮下二灰固化鹽漬土的損傷本構(gòu)模型

σ=（1-α）Eε+αEε·

exp-εεP1mσPσp+（α-1）EεP1mm。（11）

3.2考慮凍融循環(huán)次數(shù)的模型參數(shù)確定

以18%含水率95%壓實(shí)度的樣品為例（此時(shí)試樣的力學(xué)性能最優(yōu)），將凍融循環(huán)次數(shù)為7次的試樣作為測(cè)試樣本，其余樣本數(shù)據(jù)用于確定損傷模型參數(shù)，損傷本構(gòu)模型參數(shù)需要確定σp、彈性模量和εp。

1）σp和彈性模量的確定

本研究經(jīng)多次計(jì)算試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用Logistic函數(shù)對(duì)強(qiáng)度和彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系進(jìn)行擬合，曲線(xiàn)更平滑且擬合程度較高，函數(shù)表達(dá)式如下。

y=B+（A-B）/[1+（N/C）]p。（12）

式中，A、B、C、p均為參數(shù)。

抗壓強(qiáng)度和E分別與N的擬合結(jié)果如圖8所示，R2分別達(dá)到了0.997 1和0.996 0，說(shuō)明擬合效果良好，擬合函數(shù)見(jiàn)式（13）。

y=377.29/[1+（N/3 818.65）]0.11+198.89

E=597.96/[1+（N/44.76）]0.18+47.42。（13）

將N=7代入擬合關(guān)系式中可以得到試樣在凍融循環(huán)7次后的抗壓強(qiáng)度值和彈性模量，計(jì)算得σp為449.06 kPa，E為395.87 kPa。

2）εp的確定

孫東彥[17]將εp選取為定值，從本研究應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)也可看出每組試樣εp的變化區(qū)間很小，W18%C95%試樣εp的變化區(qū)間為[1.42，1.78]，為了便于計(jì)算和對(duì)比出模型效果，本研究取均值1.57。

3）m和F計(jì)算值

m和F可由式（9）和式（10）計(jì)算得到，結(jié)果為3.15和2.16。

3.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型參數(shù)確定

從上文可以看出，三因素與抗壓強(qiáng)度和彈性模量間具有某種非線(xiàn)性關(guān)系，但是難以找到合適的函數(shù)表達(dá)式表示。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線(xiàn)性映射能力[20-21]，因此本研究嘗試?yán)蒙窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)建立考慮三因素的二灰固化鹽漬土損傷模型。損傷模型表達(dá)式中σp和彈性模量非常關(guān)鍵，所以將含水率、壓實(shí)度、凍融循環(huán)次數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)；σp和彈性模量作為輸出數(shù)據(jù)；εp仍取1.57，m和F可計(jì)算得到。

按照李治斌等[22]的方法可確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：輸入層3個(gè)節(jié)點(diǎn)；隱含層3個(gè)節(jié)點(diǎn)；輸出層2個(gè)節(jié)點(diǎn)；激勵(lì)函數(shù)采用Tanh函數(shù)；學(xué)習(xí)算法為梯度下降法；模擬精度為0.001。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖9所示。

將9個(gè)凍融循環(huán)7次試樣的數(shù)據(jù)作為預(yù)測(cè)樣本，其余45個(gè)數(shù)據(jù)用作訓(xùn)練樣本。預(yù)測(cè)結(jié)果σp2為431.92kPa，E2為401.39kPa。從而計(jì)算得m為2.72，F(xiàn)為2.14。

3.4損傷模型模擬結(jié)果比較

將2種方法確定的損傷模型參數(shù)分別代入到損傷本構(gòu)模型中，其中α經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)選取0.8，模擬結(jié)果如圖10所示，模擬值1為數(shù)學(xué)擬合確定參數(shù)方法的模擬結(jié)果，模擬值2為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定參數(shù)方法的模擬結(jié)果。

由圖10可以看出，在彈性階段，即峰值應(yīng)力之前，理論值和實(shí)測(cè)值擬合較好；在峰值應(yīng)力之后理論值會(huì)先減小到某一程度后再逐漸增加，曲線(xiàn)會(huì)向上翹曲，與趙康等[23]的研究規(guī)律一致，而m和F是影響曲線(xiàn)峰值后變化特征的重要參數(shù)，這說(shuō)明使用峰值點(diǎn)法確定m和F僅引入α是不夠的，在未來(lái)的研究中還要考慮土體殘余應(yīng)變的大小。從整體上看，除翹曲部分外理論值曲線(xiàn)能較好地反映出應(yīng)力變化趨勢(shì)，整體理論效果良好，因此該模型對(duì)于實(shí)際工程仍具有借鑒意義。

本研究采用數(shù)學(xué)擬合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2種方式確定了損傷模型的參數(shù)，可以預(yù)見(jiàn)，給出任意壓實(shí)度、含水率和凍融循環(huán)次數(shù)，用本研究模型均能計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)，因此模型具有通用性。此外，理論值1和理論值2曲線(xiàn)模擬效果基本相同，雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不如數(shù)學(xué)方法擬合穩(wěn)定，但是相比數(shù)學(xué)擬合確定參數(shù)的方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定參數(shù)可簡(jiǎn)化復(fù)雜計(jì)算過(guò)程，可應(yīng)用本研究建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)出各種條件下?lián)p傷模型的參數(shù)值。

4結(jié)論

本研究對(duì)不同含水率和不同壓實(shí)度的二灰固化鹽漬土進(jìn)行了凍融循環(huán)下的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，并基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了三因素的二灰固化土損傷模型，得到主要結(jié)論如下。

1）二灰固化鹽漬土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)均為應(yīng)變軟化型。土體破壞時(shí)表面產(chǎn)生縱向裂縫，頂部出現(xiàn)“錐形”破壞，是典型的脆性破壞。固化鹽漬土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸減小，第1次凍融循環(huán)作用后降幅最大，此后逐漸趨于穩(wěn)定。21%含水率的試樣整體表現(xiàn)較為穩(wěn)定。含水率低和壓實(shí)度高的土體受凍融作用最小，10次凍融循環(huán)后，18%含水率95%壓實(shí)度的試樣K值最小，為22.76%。反之，受凍融影響就越大，10次凍融后24%含水率75%壓實(shí)度的試樣K值最大，達(dá)到了49.39%。

2）相同壓實(shí)度下，土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著含水率的增高而降低；相同含水率下，土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨著壓實(shí)度的增長(zhǎng)而提高。壓實(shí)度和含水率與抗壓強(qiáng)度之間存在非線(xiàn)性關(guān)系。

3）建立了二灰固化鹽漬土的損傷模型，采用數(shù)學(xué)擬合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種方式確定了損傷模型的參數(shù)。通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)建立的損傷模型在整體上擬合程度高，能較好地反映出土體應(yīng)力變化規(guī)律，對(duì)東北鹽漬土地區(qū)的道路工程建設(shè)具有一定的參考意義。

4）相對(duì)于數(shù)學(xué)方法擬合，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的三參數(shù)二灰固化鹽漬土損傷模型模擬效果較好，并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的損傷模型使用方便，具有很強(qiáng)的適用性。

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