【摘要】：砂土作為一種典型的散體顆粒集材料,具有復(fù)雜的力學(xué)行為。關(guān)于砂土在臨界狀態(tài)下的力學(xué)行為研究是顆粒物質(zhì)力學(xué)最基本的方面。其中,臨界狀態(tài)參數(shù)作為土體的固有屬性,不會(huì)隨著邊界條件和土的狀態(tài)而變,而與本身的形態(tài)相關(guān)。本文結(jié)合在臨界狀態(tài)土力學(xué)框架下的分析,對(duì)顆粒形態(tài)和臨界狀態(tài)力學(xué)行為之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。研究對(duì)象為一種近海石英砂(LBS),首先選取106個(gè)LBS砂粒樣本,使用高精度的X射線CT掃描和圖像處理技術(shù)獲得樣本的三維形態(tài)。為了得到不同的顆粒形態(tài),在球諧函數(shù)重構(gòu)砂粒過(guò)程中,采用不同的球諧階數(shù),隨機(jī)生成顆粒粒徑分布相同但形態(tài)不同的顆粒。通過(guò)形態(tài)參數(shù)球度、凸度、圓度和縱橫比來(lái)定量表征顆粒形態(tài)。結(jié)果表明:球諧階數(shù)n的不同,重構(gòu)得到顆粒表面的圓滑程度也不同,n越大,則顆粒的細(xì)觀特征越明顯。同時(shí),球諧階數(shù)的不同,對(duì)形態(tài)參數(shù)球度、凸度和圓度影響較大,而對(duì)縱橫比影響較小。隨著球諧階數(shù)的增加,形態(tài)參數(shù)球度、凸度和圓度值減小,而縱橫比改變不明顯。宏觀上,采用離散元軟件PFC~3 ~D導(dǎo)入隨機(jī)生成的虛擬顆粒,進(jìn)行了排水三軸的數(shù)值模擬。通過(guò)不同砂粒形態(tài)的數(shù)值模擬,得到形態(tài)對(duì)宏觀力學(xué)行為的影響。隨著顆粒形狀不規(guī)則程度的增加,在q-p平面的臨界狀態(tài)線傾向于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),在e-p平面的臨界狀態(tài)線的斜率和截距值變大。同時(shí)定義了新的形態(tài)參數(shù)為整體性規(guī)律(OR),是球度、凸度和圓度的平均值。分析表明,整體形態(tài)越規(guī)則,臨界狀態(tài)線的斜率和截距值越小�；趯�(duì)這些參數(shù)的分析結(jié)果,建立了臨界狀態(tài)參數(shù)與形態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系,為顆粒微觀的固有性質(zhì)和宏觀本構(gòu)模型之間提供了理論參考。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU441
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1 緒論研究背景與意義粒材料是指一類由各個(gè)顆粒組成的天然和合成材料，如砂土、巖石、谷物等。粒在加載時(shí)相互作用，表現(xiàn)出許多顯著的特征，如剪脹性、各向異性、壓硬性、和彈塑性。對(duì)顆粒材料的力學(xué)行為研究，在許多領(lǐng)域具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)巖土工程應(yīng)用而言，適當(dāng)?shù)仡A(yù)測(cè)在排水條件下顆粒狀土壤的行為起著至關(guān)重用，但是對(duì)該領(lǐng)域的研究仍然困難且具有不確定性。

4圖 1-3 顆粒圓度和球度的目測(cè)標(biāo)準(zhǔn)圖表3 為確定顆粒球度和圓度的標(biāo)準(zhǔn)圖表示例。圖表排列為參考粒陣，每行包含 5 個(gè)球形相同但圓度不同的粒子，每列包含 4 個(gè)的顆粒。給定顆粒的圓度和球度，然后通過(guò)與圖表中參考形狀而這種定性測(cè)量方法，費(fèi)時(shí)長(zhǎng)且不能用于評(píng)估大量的顆粒，無(wú)中。

（a） （b）圖 2-1 LBS 圖（a）顯微鏡視圖（b）圖像處理后 CT 視圖.1.2 球諧函數(shù)分析X 射線掃描完所有砂粒后，經(jīng)過(guò)圖像處理可以得到每個(gè)粒子的像素體元，并且識(shí)別它們的三維形狀。已有研究證實(shí)，球諧函數(shù)分析在重構(gòu)三維顆粒形態(tài)方面具效性。如公式(2-1)(2-2)所示，通過(guò)球諧函數(shù)分析，將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球的極坐標(biāo)擴(kuò)展到顆粒形狀對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。0( , ) ( , )nm mn nn m nr a Y (2-式中，mna 為球諧系數(shù)， ( , ),mnY 為球諧函數(shù)表示如下： 2 1 !( , ) (cos )4 !m m i mn nn n mY P en m (2-

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2763409