[发明专利]一种冰层振陷预测模型的建立方法

权利要求书

1.一种冰层振陷预测模型的建立方法，其特征在于：

第一步，轴向动荷载为压-压型正弦波，由最大应力、最小应力及频率决定；

为了更好地模拟交通荷载对应变速率的影响，将最大应力作为变量，取冰的动力学参数试验的某一级荷载为加荷标准，只加一级等幅值循环振动荷载直到终止标准为止，研究长期动力荷载作用下冰的变形特性与振陷预测模型；

共11个土样，取围压                                                =0.3MPa，考虑三种不同负温-0.5 ?C、-1.0 ?C、-1.5 ?C、三种不同频率1 Hz、2 Hz、3 Hz、三种不同动应力幅值0.166 MPa、0.333 MPa、0.499 MPa下的变形特性实验；取10 %的轴向动应变与最大循环振次N=20000为试验的终止标准；

第二步，基于室内试验，获得不同循环动应力作用振次N作用下冰柱体的轴向残余应变，用MATLAB7.0进行回归分析建立冰在长期振动荷载作用下的振陷预测模型：

                         (1)

式中：为轴向残余应变，为循环动应力作用振次，b、c为与负温、动应力幅、围压及振次有关的振陷参数；

由冻土蠕变理论知，式(1)中第1项表示第二阶段（粘塑流）蠕变，第2项表示第一阶段蠕变，即衰减蠕变；

于是，参数b、c也有明确的物理意义；

参数b为第二蠕变阶段平均蠕变率，它代表冻土在一定外荷载作用下所产生的最小蠕变率的极限值；参数c为蠕变衰减系数；

第三步，根据实验结果获得在相同的振动频率、围压、动应力幅值条件下，不同温度的振陷曲线，不同温度的振陷预测模型参数b、c；以及在相同的振动频率、围压和负温条件下，不同动应力幅条件下的振陷曲线，不同应力比条件下的振陷预测模型参数b、c；以及在相同的动应力幅值、围压和负温条件下，不同频率的振陷曲线，不同频率条件下的振陷预测模型参数b、c；

第四步，对以上试验成果，采用多元回归分析方法，可以获得参数b、c与各影响因素之间关系如式（2）、式（3）所示；

                         (2)

                             (3)

式中，分别为冰的粘塑流蠕变率b的负温、应力比、频率修正系数，由下式计算：

                    

分别为冰的蠕变衰减系数c的负温、应力比、频率修正系数，由下式计算                 。

2.根据权利要求1所述的模型建立方法，其特征在于：低温三轴试验机为美国MTS公司生产的MTS-810型振动三轴材料试验机，配有自动数控与数据采集系统，围压范围0~20MPa，负温范围为常温~-30℃，频率范围为0~50Hz，最大轴向负荷为250kN，最大轴向位移为50mm。

3.根据权利要求1-2所述的模型建立方法，其特征在于：所采用冰样为分别依据土工试验方法标准(GB/T50123-1999)、地基动力特性测试规范(GB/T 50269-1997)制备人工冻结法冰试件。

4.根据权利要求1-3所述的模型建立方法，其特征在于：采用标准方法批量制备所述冰样，选用的冰样为粒径＜2 mm的人造各向同性多晶冰制作圆柱状冰样，直径61.8 mm，长度125 mm，平均密度为0.87 g.cm-3。

5.根据权利要求1-4所述的模型建立方法，其特征在于：所述冰样用橡皮膜封闭放入恒温箱，在给定的试验温度下恒温48 h以上，温度误差为±0.1℃。