【摘要】：砂土作為一種典型的散體顆粒集材料,具有復雜的力學行為。關于砂土在臨界狀態(tài)下的力學行為研究是顆粒物質力學最基本的方面。其中,臨界狀態(tài)參數(shù)作為土體的固有屬性,不會隨著邊界條件和土的狀態(tài)而變,而與本身的形態(tài)相關。本文結合在臨界狀態(tài)土力學框架下的分析,對顆粒形態(tài)和臨界狀態(tài)力學行為之間的關系進行了研究。研究對象為一種近海石英砂(LBS),首先選取106個LBS砂粒樣本,使用高精度的X射線CT掃描和圖像處理技術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)重構砂粒過程中,采用不同的球諧階數(shù),隨機生成顆粒粒徑分布相同但形態(tài)不同的顆粒。通過形態(tài)參數(shù)球度、凸度、圓度和縱橫比來定量表征顆粒形態(tài)。結果表明:球諧階數(shù)n的不同,重構得到顆粒表面的圓滑程度也不同,n越大,則顆粒的細觀特征越明顯。同時,球諧階數(shù)的不同,對形態(tài)參數(shù)球度、凸度和圓度影響較大,而對縱橫比影響較小。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導入隨機生成的虛擬顆粒,進行了排水三軸的數(shù)值模擬。通過不同砂粒形態(tài)的數(shù)值模擬,得到形態(tài)對宏觀力學行為的影響。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)線傾向于逆時針旋轉,在e-p平面的臨界狀態(tài)線的斜率和截距值變大。同時定義了新的形態(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。基于對這些參數(shù)的分析結果,建立了臨界狀態(tài)參數(shù)與形態(tài)參數(shù)之間的關系,為顆粒微觀的固有性質和宏觀本構模型之間提供了理論參考。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU441
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文1 緒論研究背景與意義粒材料是指一類由各個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。對顆粒材料的力學行為研究，在許多領域具有理論和現(xiàn)實意義。對巖土工程應用而言，適當?shù)仡A測在排水條件下顆粒狀土壤的行為起著至關重用，但是對該領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標準圖表3 為確定顆粒球度和圓度的標準圖表示例。圖表排列為參考粒陣，每行包含 5 個球形相同但圓度不同的粒子，每列包含 4 個的顆粒。給定顆粒的圓度和球度，然后通過與圖表中參考形狀而這種定性測量方法，費時長且不能用于評估大量的顆粒，無中。

（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)過圖像處理可以得到每個粒子的像素體元，并且識別它們的三維形狀。已有研究證實，球諧函數(shù)分析在重構三維顆粒形態(tài)方面具效性。如公式(2-1)(2-2)所示，通過球諧函數(shù)分析，將一個標準球的極坐標擴展到顆粒形狀對應的坐標。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】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2763409