颗粒介质传力特性及其在岩土工程中的若干应用问题

论文摘要

颗粒材料的力学性质本质上不同于连续介质,它的研究是当前岩土工程学、力学和物理学等领域新兴的前沿课题之一,有着重要的工程应用前景和基础科学意义,本文作者在阅读和分析文献资料的基础上,以散体材料岩土结构为背景,开展了散体颗粒材料的实验与分析研究,探讨了如何将颗粒介质的力学特性与散体结构工程的设计结合起来的问题。 1、设计并开展了大尺度颗粒(钢球、砾(碎)石)三维堆体受集中荷载作用时的定量实验,统计和分析了颗粒堆对荷载力的响应情况,研究了颗粒堆内部力传递的扩散加传导效应、分布特性、力链形成、各种物理特性对力传递与分布的影响、搭拱效应作用下最大横向挤压力出现的位置、侧峰现象、低围压和高围压下颗粒堆内主要的应变形式、力峰值的变迁规律、有序对称密实排列和无序堆积中力传递路径的不同,以及力随着深度衰减的规律。 2、运用随机理论分析实验结果。研究实验值的涨落区间,以及设备和人工因素对实验的影响。建立了与实验结果在定性上相吻合的二维颗粒堆中力传递的模型及其随机方程,应用该模型描述了力随颗粒堆深度分布的变化及衰减规律,并初步探讨了建立三维颗粒堆中力传递模型的可能性。 3、研究颗粒材料应用于地基加固的工程响应特性及各种影响因素下的传力特性,探讨了不同于传统连续介质理论设计思想的散体材料工程参数设计方法,分析了散体结构的破坏机理,并尝试提出了铁路路基在运营中的有关力学问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 离散颗粒材料研究的意义
• §1.3 颗粒材料理论在岩土工程中的应用研究
• §1.4 国内外关于颗粒材料中力传递的研究现状
• §1.5 地基处理中离散颗粒材料应用的研究现状
• §1.6 本文的主要工作
• 第二章 离散颗粒集合的实验研究
• §2.1 实验的目的
• §2.2 实验的设计
• §2.3 实验结果分析
• 2.3.1钢球压痕标定实验数据分析
• §2.3.2 钢球侧限压缩实验不同深度处力分布分析
• §2.3.2.1 钢球颗粒有序对称密实排列侧限压缩实验结果分析
• §2.3.2.2 钢球颗粒无序堆积侧限压缩实验结果分析
• §2.3.2.3 天然砾、碎石颗粒堆积压缩实验结果
• §2.3.2.4 天然砾、碎石颗粒堆积压缩定量实验结果分析
• §2.3.2.5 理想颗粒与砾、碎石颗粒堆压缩实验的对比
• §2.4 颗粒材料堆物理特性的影响
• §2.4.1 颗粒材料堆的级配影响
• §2.4.2 颗粒材料自身的强度
• §2.4.3 颗粒材料工程施工中的困扰
• §2.4.4 颗粒材料的密实过程与强度
• §2.4.5 外荷载力干涉下颗粒堆中的“自组织”现象
• §2.4.6 颗粒之间剪阻对颗粒堆抗剪强度的影响
• §2.4.7 控制力链方向的搭拱效应
• §2.4.8 谷仓效应对力传递的影响
• §2.5 力峰值的变迁
• §2.6 有序对称排列颗粒堆中的侧峰现象
• §2.7 围压的作用
• 第三章 颗粒系统外荷载力传递的理论研究
• §3.1 对二维颗粒堆体的有关实验分析
• §3.2 二维有序对称排列颗粒堆传力分析
• §3.3 有序的非对称情况分析
• §3.4 二维颗粒堆中力传递模型的建立
• §3.4.1 传递方程的建立
• §3.4.2 力的传递特性
• §3.4.2.1 等概率传递
• §3.4.2.2 单边偏移
• §3.4.2.3 力的传递分析
• §3.5 颗粒堆沿深度力传递规律
• §3.6 颗粒堆中力传递的三维模型初探
• 第四章 离散颗粒材料堆在岩土工程应用研究
• §4.1 砂石垫层的研究
• §4.1.1 垫层的作用机理
• §4.1.2 垫层的附加应力与自重应力分布
• §4.1.3 垫层的应力扩散范围
• §4.1.4 垫层的厚度
• §4.1.5 垫层的鼓胀破坏
• §4.1.6 垫层材料在下卧层塌陷临界状态下表现出的力传递拱效应与范围
• §4.2 颗粒材料在复合地基垫层中的应用研究
• §4.2.1 复合地基垫层中的反拱现象
• §4.2.2 复合地基中垫层厚度的确定
• §4.3 抛石路基中力传递的研究探讨
• 第五章 结束语
• 研究展望
• 参考文献
• 个人简介
• 读博士期间完成的主要科研工作
• 致谢