在土木工程領域,土體作為大量工程結構的承載體,頻繁地受到動荷載作用,如地鐵隧道周邊巖土體、高速列車路基、地震作用下的邊坡等。土體受動荷載作用下可能由固態(tài)向液態(tài)（流態(tài)）轉變,其承載力下降,并導致災難性的后果。國內外學者針對含水砂土的液化問題已做了大量的研究,但對于反映土顆粒相互作用機理的振動流化現(xiàn)象仍缺乏深入的理解。本文基于振動流化理論以及國外學者Taslagyan博士開展的振動直剪試驗成果,以離散元軟件PFC^3D為平臺,進行二次開發(fā),通過大量的數(shù)值模擬,展開無黏性干顆粒土的振動流化特性研究。主要的研究工作如下:（1）根據依托試驗和相關理論,分別建立了玻璃珠和粗砂試樣的振動直剪試驗三維離散元數(shù)值模型;為保證數(shù)值試驗的準確性,對顆粒的各細觀參數(shù)進行標定;通過按一個周期分段施加墻體水平速度的方法實現(xiàn)上剪切盒的振動模擬。（2）將數(shù)值試驗結果與室內試驗實測數(shù)據進行對比,通過分析剪應力、豎向位移、抗剪強度包線等參數(shù),研究試樣發(fā)生振動流化的宏觀力學及變形特性。（3）數(shù)值模擬結果的可靠性是展開細觀分析的前提。針對模型的尺寸效應,考慮模型最小尺寸與顆粒最大粒徑之比,展開對比建模分析... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

隧道工程中各種振動源

2危害性更大（圖1-2）。圖1-2液化災害（a）日本新瀉地震；（b）美國阿拉斯加大地震與液化相近又有所區(qū)別的另一個概念為土體振動流化（Vibrationalfluidization），指土顆粒在臨界狀態(tài)下受振動而發(fā)生擾動，在一定范圍內產生流動滑移面，抗剪強度急劇減校相比較液化，流化的發(fā)展較為緩慢，因此更具有潛伏性和難以預測性，從而可能會產生更大的危害。不同于砂土液化，在不含孔隙水的干砂中，振動流化仍然有可能發(fā)生。例如：2008年汶川地震引發(fā)了20多萬個不同規(guī)模的滑坡，其中干性砂土滑坡不在少數(shù)。自上世紀中期以來，諸多學者在振動對土體強度和變形的影響領域取得了許多重要的成果，從一系列土體振動試驗中獲得了大量有價值的數(shù)據并得出很多重要結論。這些發(fā)現(xiàn)和結論為受動荷載作用的不同工程結構的設計提供了寶貴的試驗依據與改進意見。然而，對于受振動時土顆粒之間的相互作用和剪切變形發(fā)展的力學機理的認知和理解仍然處于初期狀態(tài)，因此對土體受振動時抗剪強度和變形行為的研究，尤其是對于處在殘余抗剪強度狀態(tài)（即臨界狀態(tài)）的土體的振動效應研究，是很有必要的。如果存在可預測的大變形，對于某些大型工程結構的設計（例如地鐵隧道、高速列車路基、土壩等），就必須考慮周邊土體的殘余抗剪強度特性。在這種臨界狀態(tài)下，一旦土體受到振動，就有可能造成土體強度損失，從而導致過大的變形，影響結構穩(wěn)定�；谏鲜霰尘�，本文結合Taslagyan等[3-4]所做振動直剪試驗，以離散元軟件PFC3D為平臺，進行二次開發(fā)，通過大量的數(shù)值模擬，展開針對無黏性干顆粒土的振動流化特性研究。（a）（b）

28圖3-1振動直剪儀實物圖[4]振動直剪試驗主要裝置為改進的應變控制式振動直剪儀，如圖3-2所示，改進的地方主要包括在量力環(huán)與剪切盒中間添加了一個水平振動激勵器以及多個傳感元件。當下剪切盒剪切至試樣殘余抗剪強度狀態(tài)（臨界狀態(tài)）時，給上剪切半盒施加水平振動，振動的同時下剪切半盒繼續(xù)保持剪切狀態(tài)。圖3-2試驗三維示意簡圖試驗材料為0.55mm玻璃珠、細砂和粗砂。試驗顆粒放置于60×60×32mm的剪切盒中并壓實到一個相近的密實狀態(tài)，三種顆粒材料的級配分布如圖3-3所示。其中0.55mm玻璃珠為粒徑一致的理想光滑球體；細砂形狀不一且具有比較明顯的棱角（角細砂）；粗砂形狀不一但輪廓較為圓滑（圓粗砂）。將試件分別在8、23、36、50、118和200kPa的豎向應力下，以下剪切盒0.61mm/min的剪切速率進行測試，振動階段頻率固定為60Hz。室內試驗結果將為數(shù)值模型的細觀參數(shù)標定以及后續(xù)數(shù)值計算結果與試驗值對比分析提供數(shù)據支持。具體的室內試驗過程詳見文獻[4]，在此不再贅述。


本文編號：3033091