粘土强度“基体—加强颗粒”模型试验分析

论文摘要

一直以来,饱和土体被看做连续、均匀的介质,通过直接利用或修正连续、均匀的固体介质力学来实现对土体变形、强度的计算。但是饱和土体本身是由大小不一的各种土颗粒通过不同的结构形成土骨架和孔隙水组成,所以,将土体看做为均匀、连续介质的假设是一种简化方法,不利于对土性本质认识。土颗粒大小是影响土的性质的最主要因素,所以本文将土颗粒看做由基体颗粒(颗粒粒径<0.075mm)和加强颗粒(颗粒粒径>0.075mm)两部分组成,基体颗粒与孔隙水完全均匀相联结,加强颗粒均匀分布与其中,这就是“基体—加强颗粒”模型。这种模型部分考虑了土体结构性问题,对深入理解土的物理、力学性质有重要的意义。本文借鉴颗粒加强金属基复合材料的尺度效应的有关试验方法,开展以下的工作:1对相同基体,不同颗粒含量的土体进行液、塑限试验。不同的颗粒含量通过含砂量和加强颗粒粒径两个变量来实现。试验结果表明:土体的液、塑限与加强颗粒的粒径无关,与含砂量线性负相关。土体液、塑限时的基体含水量与含砂量基本无关。土体的液性指数与基体含水量呈一一对应关系。2对不同基体,相同颗粒含量的土体进行液、塑限试验。试验结果表明:基体中膨润土含量越高,土体液、塑限越高。并且存在一个临界值,大于临界值时土体的液、塑限随膨润土含量增加的速率大于小于临界值时的速率。3对相同基体,不同颗粒含量的土体进行三轴不固结不排水压缩试验。不同的颗粒含量通过含砂量和加强颗粒粒径两个变量来实现。试验结果表明:土体的屈服应力随着含砂量的增大而增大,随着颗粒粒径的减小而增大,存有明显的尺度效应。4对不同基体,相同颗粒含量的土体进行三轴不固结不排水压缩试验。不同基体通过调整基体的液性指数来实现。试验结果表明:基体的液性指数越小,土体的屈服应力越大。5对土体三轴不固结不排水屈服应力的影响因素进行分析,将土中颗粒等效为相同含砂量时单一粒径球体,通过试验数据的拟合得出颗粒加强土体屈服应力的经验公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景与意义
• 1.2 国内外研究概况与发展动态
• 1.2.1 有关尺度效应的理论的发展过程
• 1.2.2 有关尺度效应理论在岩土介质中的应用
• 1.3 本文的研究目的与主要工作
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要工作内容及方法
• 1.4 论文结构
• 第二章 粘性土液、塑限的试验分析
• 2.1 引言
• 2.2 试验装置与试验方法
• 2.2.1 试验仪器
• 2.2.2 试样制备
• 2.2.3 试验目的、方法与内容
• 2.3 试验结果
• 2.4 试验结果分析
• 2.4.1 液限
• 2.4.2 塑限
• 2.4.3 塑性指数与活动性
• 2.4.4 基体含水量
• 2.5 本章小结
• 第三章 粘性土不固结不排水屈服应力的试验分析
• 3.1 引言
• 3.2 试验装置与试验方法
• 3.2.1 试验仪器
• 3.2.2 试样制备
• 3.2.3 试验目的、方法、内容
• 3.3 试验结果
• 3.4 试验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 理论分析与试验数据拟合
• 4.1 引言
• 4.2 “基体—加强颗粒”模型的理论分析
• 4.2.1 “基体—加强颗粒”计算模型
• 4.2.2 协调微裂纹密度
• 4.2.3 屈服应力
• 4.2.4 加强颗粒粒径
• 4.3 试验数据拟合
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢