论文题目: 土石混合料力学特性的试验研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 道路与铁道工程
作者: 董云
导师: 柴贺军,凌天清
关键词: 土石混合料,工程分类,力学特性,大型直剪试验,数值模拟,分形
文献来源: 重庆交通学院
发表年度: 2005
论文摘要: 随着土石混合料越来越广泛的被道路、堤坝、基础等工程采用,快速、准确地预测其抗剪强度指标不仅有利于设计、计算,也有利于施工方案的制定和压实方法的选择,而现有的土石混合料的工程分类多从颗粒粒径和各粒组含量进行分类,无法从分类上判断其强度指标。本文依托交通部西部建设科技项目“土石混填路基修筑技术研究”,结合现场大型直剪试验、室内击实试验、室内大型剪切试验、三轴试验及室内试验的颗粒离散元PFC3D数值模拟的试验结果,采用岩性、含石量和混合料颗粒组成的分形指标,将土石混合料按不同层次分为不同的类别,并由试验得出各类别土石混合料的强度差异,该综合分类法指标简单,易于实际应用,并可根据分类预测混合料的强度指标,具有较高的工程应用价值。在室内剪切试验中,考虑土石混合料组成及三轴试验的复杂性,主要采用大型直剪试验研究土石混合料力学特性的变化规律,并与现场大型直剪试验、室内大型三轴试验及室内大型直剪试验的数值模拟对比。为了克服由于大型直剪仪自身结构及性能存在的许多问题,及其造成的直剪试验结果与其试验原理的应用条件及混合料的实际强度的偏差。本研究对室内大型直剪试验进行了改进,研发了新型的土石混合料室内大型直剪试验系统,克服了常规直剪仪存在的主要问题,还可以进行剪胀率、剪切面起伏特征、剪切面分形等研究,使得试验结果更精确、可靠,试验分析更完善。本文通过试验研究了土石混合料力学特性随岩性、含石量、密实度及颗粒最大粒径等影响因素的变化规律,分析了土石混合料的剪胀性能、剪切面的起伏特征和分形特征、土石混合料的剪切变形破坏方式,经比较现场试验、室内试验及数值模拟的结果基本一致,并依据试验结果建立了不同类别土石混合料力学特性指标的预测模型,可通过模型快速预测不同类型土石混合料的力学特性指标。本研究的创新之处在于:提出了以岩性、含石量以及颗粒组成分形为指标的土石混合料综合分类方法;研制了能够确保试验过程中垂直荷载恒定并保持不偏心的新型直剪试验系统;通过大量的、系统的试验,分析了不同类别土石混合料的力学特性随各影响因素的变化规律;首次进行了剪切面起伏特征的研究,并通过分形理论,初步建立了剪切面分形与强度指标的关系。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
引言
第一章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
1.2 研究内容和研究目标
1.2.1 研究内容
1.2.2 研究目标
1.3 研究方法
1.4 研究现状
1.4.1 土石混合料工程分类的研究现状
1.4.2 土石混合料力学特性的研究现状
1.4.3 分形理论及其在工程中的应用研究现状
1.4.4 当前研究中存在的不足
1.5 论文主要工作
第二章土石混合料的综合分类法
2.1 第一层次分类
2.1.1 土石界限的确定
2.1.2 土石混合料中岩石的分类
2.1.3 土石混合料中土的分类
2.1.4 土石混合料的第一层次分类
2.2 第二层次分类
2.2.1 室内压实试验
2.2.2 第二层次分类
2.3 第三层次的分类
2.3.1 分类指标——颗粒级配组成分维值的确定
2.3.2 第三层次分类
2.4 小结
第三章 土石混填路基现场大型直剪试验
3.1 试验原理及设备
3.1.1 大剪仪法
3.1.2 水平推剪法
3.2 试验方法
3.2.1 试件制备
3.2.2 设备安装
3.2.3 施加法向荷载
3.2.4 施加剪切荷载
3.2.5 试体破坏准则
3.2.6 其它事宜
3.3 试验数据处理
3.3.1 法向荷载计算
3.3.2 剪应力计算
3.3.3 强度指标确定
3.4 试验成果整理及计算
3.5 试验成果分析
3.5.1 最大粒径对强度指标的影响
3.5.2 含石量不同对强度指标的影响
3.5.3 现场剪切破坏方式
3.6 本章小结
第四章 土石混合料室内大型直剪试验
4.1 室内直剪试验的原理
4.2 传统直剪试验存在的主要问题
4.3 室内大型直剪试验的改进研究
4.3.1 大型直剪试验改进的研究现状
4.3.2 研制中的技术攻关
4.3.3 新型直剪仪的原理及组成
4.3.4 设备的主要技术规格
4.3.5 新型土石混合料多功能综合试验仪的功能特点
4.4 试验方案与过程
4.4.1 试样来源
4.4.2 现场试样的级配组成
4.4.3 试验方案及项目
4.5 试验结果整理及计算
4.5.1 试验数据处理计算方法
4.5.2 试验成果整理汇总
4.6 试验结果分析
4.6.1 含水率对强度指标的影响
4.6.2 含石量对强度指标的影响
4.6.3 岩性对强度指标的影响
4.6.4 剪切面的分形特征与强度指标的关系
4.6.5 不同压实度对强度指标的影响
4.6.6 颗粒最大粒径对强度指标的影响
4.6.7 计算机自动采集数据分析
4.7 本章小结
第五章 室内大型三轴对比试验
5.1 试验条件
5.1.1 试验土样
5.1.2 试验仪器
5.2 试验方案
5.3 试验结果分析
5.3.1 应力路径的影响
5.3.2 密度的影响
5.3.3 P5 的影响
5.3.4 颗粒最大粒径的影响
5.4 小结
第六章 土石混合料室内试验的数值模拟
6.1 PFC3D 概述
6.1.1 离散元方法
6.1.2 PFC3D 颗粒流模型
6.2 接触本构模型
6.3 颗粒离散元模拟系统的建立
6.3.1 建立直剪盒模型
6.3.2 生成土石混合料颗粒
6.3.3 设定恒定剪切正压力
6.3.4 模拟试验过程
6.3.5 确定直剪试验的剪切面
6.4 模拟结果与分析
6.4.1 软岩混合料的模拟结果
6.4.2 硬岩混合料的模拟结果
6.5 小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 进一步研究的展望
致谢
附录
附录1：土石混合料综合分类体系表
附录2:土石混合料力学特性指标随各影响因素的变化关系汇总
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参考文献
发布时间: 2008-04-18
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