本文關(guān)鍵詞：雙層土層間界面變形及力學(xué)特性研究

  更多相關(guān)文章： 雙層土 接觸界面 剪切試驗(yàn) 力學(xué)特性 變形形態(tài) 顆粒流模擬 細(xì)觀分析

【摘要】：經(jīng)過漫長(zhǎng)地質(zhì)年代的沉積與構(gòu)造作用,天然地基與邊坡是成層土所組成的具有各向異性與非均質(zhì)性的土體。土層力學(xué)特性受到綜合因素的影響,其中土層界面的接觸與摩擦效應(yīng)是一個(gè)重要影響因素。軟弱、不連續(xù)的土層界面,影響地基與邊坡的荷載傳遞與位移變形,例如《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)中體現(xiàn)上覆硬殼層雙層土的應(yīng)力擴(kuò)散對(duì)地基承載力的影響。室內(nèi)試驗(yàn)尺度的雙層土界面力學(xué)特性與變形規(guī)律的研究是工程尺度的土層變形與破壞的研究基礎(chǔ)。本文以“上硬下軟”雙層土為研究對(duì)象,比選合適的試驗(yàn)方案,采用自行設(shè)計(jì)的室內(nèi)大尺寸直剪試驗(yàn)裝置,結(jié)合粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV),運(yùn)用PFC2D軟件建立顆粒流模型,對(duì)雙層土的宏觀剪切強(qiáng)度、剪切界面變形規(guī)律與細(xì)觀的應(yīng)力分布和顆粒位移進(jìn)行了研究。(1)界面接觸力學(xué)問題多采用直剪試驗(yàn)進(jìn)行研究,建立PFC2D的顆粒流剪切模型對(duì)比不同剪切形式、剪切尺寸與剪切位移的設(shè)定對(duì)剪切變形與受力的影響。在保持剪切面面積恒定時(shí),界面受力更加均勻。對(duì)比不同尺寸剪切模型的剪應(yīng)力-位移曲線與界面顆粒速度矢量分布,發(fā)現(xiàn)400 mm×200 mm為最優(yōu)剪切尺寸,長(zhǎng)高比設(shè)定大于等于2消除邊界效應(yīng),35 mm剪切位移范圍內(nèi)能夠達(dá)到剪應(yīng)力峰值。(2)將界面形態(tài)、預(yù)壓應(yīng)力、上下土層剛度比作為室內(nèi)大尺寸直剪試驗(yàn)的變量進(jìn)行試驗(yàn)與分析。界面形態(tài)分為平面狀、2.5 cm鋸齒狀和5 cm鋸齒狀;復(fù)雜的界面形態(tài)增加雙層土的抗剪強(qiáng)度,鋸齒整體變形卻不會(huì)被剪斷。以100 k Pa、200 k Pa的正應(yīng)力預(yù)壓已裝配好的土樣;對(duì)比未預(yù)壓試樣,預(yù)壓試樣剪切硬化階段加長(zhǎng),界面膠結(jié)增強(qiáng)并呈現(xiàn)起伏狀。剛度比取值為3.98、5.36和6.42;大剛度比雙層土界面膠結(jié)作用增強(qiáng),雙層土剪切內(nèi)摩擦角隨剛度比增加而增大。受到上下不同土層性質(zhì)的影響,雙層土界面剪切的抗剪強(qiáng)度參數(shù)和變形規(guī)律與單一土層剪切有明顯差異。利用PIV分析土層的剪切變形規(guī)律,發(fā)現(xiàn)上層土接近界面處位移較大且為起伏狀,體積豎向總體壓縮。增加預(yù)壓應(yīng)力和減小剛度比都會(huì)增加界面處上部土體的水平位移。與剪切初期相比較,剪切后期上層土水平變形速率減小。(3)在對(duì)顆粒模型細(xì)觀參數(shù)摩擦系數(shù)μ、接觸連接模型法向強(qiáng)度n_bond和顆粒接觸法向剛度kn標(biāo)定的基礎(chǔ)上,對(duì)照室內(nèi)試驗(yàn),采用PFC2D軟件進(jìn)行顆粒流數(shù)值大尺寸直剪試驗(yàn)。分析剪應(yīng)力-剪切位移曲線和抗剪強(qiáng)度參數(shù),顆粒流模型剪切能夠反映出強(qiáng)度軟化現(xiàn)象,當(dāng)界面為鋸齒狀時(shí),在剪切后期才能達(dá)到峰值。界面摩擦系數(shù)增加,會(huì)使界面膠結(jié)程度增強(qiáng)。在PFC2D剪切模型上劃分彩色條帶區(qū)域,分析剪切過程中土樣的變形規(guī)律,與PIV分析得到的規(guī)律一致。增加上下土層的剛度比和界面摩擦都能夠減小剪切破壞帶的寬度。雙層土剪切顆粒間接觸力貫穿剪切面?zhèn)鬟f,并且在土樣兩側(cè)土盒接觸區(qū)域集中。增強(qiáng)界面膠結(jié),在界面處出現(xiàn)平行于剪切面的柱狀定向力鏈。利用20個(gè)界面測(cè)量圓監(jiān)測(cè)剪切過程界面顆粒接觸數(shù)目與連接破壞率等細(xì)觀組構(gòu)的量值變化,發(fā)現(xiàn)增大界面摩擦能夠增加界面顆粒接觸,同時(shí)連接破壞率會(huì)下降,界面整體強(qiáng)度增加。測(cè)量圓監(jiān)測(cè)接觸界面法向應(yīng)力,其在剪切初始狀態(tài)平均分布;隨著剪切過程發(fā)展,界面法向應(yīng)力先增加后減少且在界面右部集中。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU43

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 劉金燕;;剪切位移法在分層地基模型中的應(yīng)用[J];甘肅科技;2010年06期

2 劉瑞s，

本文編號(hào)：1274484