發(fā)布時間：2020-03-19 10:27

【摘要】：土石混合體是一類介于塊狀巖體與細粒土體之間的特殊地質(zhì)材料,其力學特性具有明顯的結(jié)構(gòu)效應和尺寸效應,使得工程尺度下土石混合體強度的確定十分困難。本文以徐州地區(qū)的土石混合體作為研究對象,采用大型直剪試驗和數(shù)值模擬的研究方法,考慮土石混合體強度特性的級配效應對其尺寸效應展開研究,以期為工程實踐提供指導和借鑒。論文第一章介紹了土石混合體的研究背景,在總結(jié)國內(nèi)外土石混合體的研究進展與不足后,確定了本文的研究內(nèi)容和技術路線。第二章采用分形理論對土石混合體顆粒尺寸分布特征進行研究。獲得了土石混合體天然級配曲線,計算出曲率系數(shù)、不均勻系數(shù),級配分形曲線,驗證了土石混合體天然級配具有分形特性,分形維數(shù)D=2.3。由于傳統(tǒng)土力學描述方法難以有效描述土石混合體的級配不連續(xù)性,本文以分形維數(shù)和最大粒徑作為級配描述指標研究土石混合體的尺寸效應。第三章采用大型直剪儀探討了土石混合體剪切強度的縫寬效應特性,進而獲得土石混合體剪切強度的粒徑尺寸效應。結(jié)果表明隨著縫寬的增加,土石混合體剪切強度呈減小、平緩、再減小的規(guī)律,粘聚力和內(nèi)摩擦角隨著縫寬增加呈負相關關系。粘聚力以及內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律表明,在級配分形維數(shù)為2.3時,合理縫寬在0.2~0.4倍最大粒徑之間,此時顆粒處于相對穩(wěn)定的滾動和滑動狀態(tài),受到剪切盒邊界約束較小�？紤]縫寬尺寸效應,試驗研究了土石混合體強度粒徑尺寸效應。結(jié)果表明土石混合體剪切強度隨著顆粒尺寸的增加而變大,100~300kPa法向應力條件下,強度增大系數(shù)為0.07。無量綱化之后,發(fā)現(xiàn)粘聚力與最大粒徑尺寸之間呈指數(shù)關系,內(nèi)摩擦角正切值與最大粒徑尺寸之間呈對數(shù)關系。第四章采用離散元軟件PFC2D對物理試驗結(jié)論進行驗證,同時開展不同級配和法向應力下的模擬試驗,并在細觀層面進行了解釋。不同級配下的縫寬試驗結(jié)果表明,當級配分形維數(shù)不變時(D=2.3),適宜縫寬與最大粒徑存在定量關系(0.2~0.6倍最大粒徑);當最大粒徑不變時,隨著級配分形維數(shù)增加(D=2.5),適宜縫寬減小(0.2~0.4倍最大粒徑)。不同縫寬下土石混合體顆粒接觸力分布表明,隨著縫寬的增加,力鏈由“整體分布”向剪切面“局部集中”,表明抗剪強度主要由剪切帶內(nèi)部顆粒貢獻�？p寬繼續(xù)增加,力鏈再次呈現(xiàn)整體不規(guī)則分布。此外,研究表明土石混合體剪切強度的尺寸效應與法向應力呈正相關關系。由于粒徑的增大,土石混合體內(nèi)部顆粒接觸力逐漸增大,形成穩(wěn)定的強力鏈結(jié)構(gòu)。第五章圍繞工程尺度下土石混合體強度的估算方法進行了分析與討論�；谑覂�(nèi)試驗研究成果,首次建立了工程尺度下土石混合體的強度計算方法。不同尺度特征的算例表明本文提出的土石混合體強度尺寸效應公式可較好地估算粗粒土、土石混合體、破碎巖體的強度。第六章總結(jié)本文研究成果,并指出論文研究需要深入的工作和展望。
【圖文】：

包含不同尺度的分段分形模型。土石混合體顆粒尺寸分布特征取決特性，而分形模型為我們揭示多尺度現(xiàn)象提供有力的工具。本章內(nèi)石混合體粒度的分形結(jié)構(gòu)，將復雜的尺度問題進行簡單化，運用分內(nèi)在規(guī)律，基于此圍繞土石混合體力學特性的尺寸效應展開研究。土石混合體的粒度分形結(jié)構(gòu)（Fractal Structure of Particloil-Rock Mixture） 顆粒級配與物理力學參數(shù)先，對取自徐州地鐵某隧道區(qū)間土石混合體的天然級配進行分析。幾個步驟：（1）取樣：從現(xiàn)場取回開挖的土石混合體試樣，最大（2）由于篩分試驗尺度的限制，剔除粒徑明顯大于 60mm 的塊石用烘箱烘干；（3）由于黏性土的存在，烘干之后把粘附在粗粒塊行粉碎，使篩分結(jié)果更加精確。篩分步驟參考水利水電工程粗粒土，重復數(shù)組，得到不同粒徑下顆粒的質(zhì)量分數(shù)，最大粒徑為 60mm，累積曲線，如圖 2-1 所示。

12圖 2-2 土石混合體典型成分Figure 2-2 Typical components of soil-rock mixture由圖 2-2 可見，試樣包括塊石、粗礫、黏土等成分，粒徑差異較大。按照土力學方法，我們可以得到累積質(zhì)量百分含量為 10%、30%以及 60%對應的粒徑，分別為 d10=0.7mm，d30=3.5mm，d60=16.1mm。同時可以計算可得不均勻系數(shù)/236010C dd u，曲率系數(shù) /(*)1.16010230C ddd c。 10uC 表明該土樣級配較廣，而 1cC 意味著粒組相對連續(xù)。但是這兩個參數(shù)描述的級配難以反映級配不連續(xù)程度，和級配之間不是一一對應關系。雖然對于粒徑尺寸差異較小的細粒土可達到比較滿意的判別結(jié)果，，然而對于土石混合體來說是不夠充分的，尤其隨著研究尺度增大的時候，其粒度成分對土石混合體的強度、變形、滲透的影響十分
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU43

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王君彥;陳寶田;;死亡之后是新生[J];中國鐵路文藝;2017年06期

2 張詩怡;;避暑[J];好家長;2017年27期

3 鐘祖良;涂義亮;何曉勇;馮儉華;王占魯;;土石混合體物理指標及強度特性研究進展[J];地下空間與工程學報;2016年04期

4 何鈺順;;土石混合體物理力學特性研究[J];才智;2010年09期

5 孫華飛;鞠楊;王曉斐;行明旭;張欽剛;楊永明;;土石混合體變形破壞及細觀機理研究的進展[J];中國科學:技術科學;2014年02期

6 徐文杰;胡瑞林;;土石混合體概念、分類及意義[J];水文地質(zhì)工程地質(zhì);2009年04期

7 廖秋林;李曉;郝釗;王思敬;吳碩;赫建明;;土石混合體的研究現(xiàn)狀及研究展望[J];工程地質(zhì)學報;2006年06期

8 薛亞東;岳磊;李碩標;;含水率對土石混合體力學特性影響的試驗研究[J];工程地質(zhì)學報;2015年01期

9 王宇;李曉;赫建明;武艷芳;吳雨松;;土石混合體細觀特性研究現(xiàn)狀及展望[J];工程地質(zhì)學報;2014年01期

10 徐文杰;張海洋;;土石混合體研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];水利水電科技進展;2013年01期

相關會議論文 前10條

1 王宇;李曉;赫建明;武艷芳;吳雨松;;土石混合體細觀特性研究現(xiàn)狀及展望[A];中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所2014年度（第14屆）學術年會論文匯編——工程地質(zhì)與水資源研究室[C];2015年

2 徐文杰;胡瑞林;曾如意;;水下土石混合體的原位大型水平推剪試驗研究[A];中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所2006年論文摘要集[C];2007年

3 廖秋林;李曉;郝釗;王思敬;吳e

本文編號：2590105