本文關(guān)鍵詞：模擬含水地層相似材料的力學(xué)特性及配比試驗(yàn)研究

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【摘要】：物理模型試驗(yàn)是巖石力學(xué)與工程中常用的研究手段和方法,其中的關(guān)鍵之處在于相似材料的研制。傳統(tǒng)的物理模型試驗(yàn)不考慮模擬巖體中孔隙(或裂隙)水,然而近年來(lái),隨著水體下或富水地層中地下工程建設(shè)規(guī)模的增大,對(duì)地下水問(wèn)題越來(lái)越重視。因此,如何在物理模型試驗(yàn)中模擬地下水的作用也成為了模型試驗(yàn)中的新課題。模型試驗(yàn)的關(guān)鍵則是相似材料原材料種類的選擇以及其配比,在原材料的選擇上,不僅要滿足傳統(tǒng)相似條件,而且在水理特性上要達(dá)到相似。本論文在此背景下,針對(duì)新型相似材料原材料的選取以及新型相似材料配比確定方法,開(kāi)展了大量的配比試驗(yàn),研發(fā)出能模擬特定砂巖物理力學(xué)性質(zhì)和水理性質(zhì)的新型相似材料,對(duì)該種相似材料的基本物理力學(xué)性質(zhì)及水理特性隨配比變化規(guī)律進(jìn)行了研究。本論文所研發(fā)的相似材料膠結(jié)材料選擇透水混凝土,骨料為橡膠顆粒和重晶石粉,試驗(yàn)方法采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法,對(duì)相似材料試樣的體積、重量、含水量、單軸抗壓強(qiáng)度及滲透系數(shù)進(jìn)行3因素4水平控制,共計(jì)16組試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行相似材料配比試驗(yàn),從而得到相似材料的物理力學(xué)性質(zhì)及水理性質(zhì)與各項(xiàng)指標(biāo)的回歸關(guān)系,并針對(duì)具體的工程實(shí)例給出試驗(yàn)所需相似材料配比。本文主要研究成果具體如下：(1)通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究可知,在使用相似材料模擬巖石的疏排水上,透水混凝土是一種較好的膠結(jié)材料,而橡膠顆粒作為骨料能很好的模擬疏干排水的過(guò)程,重晶石粉也能起到調(diào)節(jié)試件密度的作用。三者的混合料不僅遇水不會(huì)發(fā)生崩解,同時(shí)也能模擬出部分砂巖的水理特性。(2)通過(guò)此試驗(yàn)可得各項(xiàng)指標(biāo)隨3個(gè)試驗(yàn)因素(骨膠比、橡膠顆粒粒徑、重晶石粉與橡膠顆粒的比值)的變化規(guī)律,如下：①骨膠比：隨軟化系數(shù)、含水率、滲透系數(shù)成正比關(guān)系；對(duì)密度、單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量成反比關(guān)系；②橡膠顆粒粒徑：隨單軸抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)、含水率、滲透系數(shù)成正比關(guān)系；對(duì)彈性模量成反比關(guān)系；③重晶石粉/橡膠顆粒：隨密度、單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量成正比關(guān)系；對(duì)軟化系數(shù)、含水率、滲透系數(shù)成反比關(guān)系；④密度與橡膠顆粒粒徑無(wú)顯著的相關(guān)性。(3)通過(guò)各因素的直觀分析以及關(guān)系圖,可以看出各因素與相似材料性質(zhì)參數(shù)均可用線性關(guān)系描述。擬合得到一個(gè)三個(gè)自變量六個(gè)變量的超定方程組。此方程組能夠反映出各個(gè)參數(shù)隨各因素的變化規(guī)律。這其中,橡膠顆粒粒徑對(duì)密度的影響無(wú)明顯的規(guī)律性。(4)本文給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與回歸方程,能夠很好的應(yīng)用于具體的工程實(shí)例,并且能夠得出實(shí)例中所需的相似材料原材料配比。在今后的透水混凝土和橡膠顆粒以及重晶石粉作為混合料的相似材料配比試驗(yàn)中可以采用上述經(jīng)驗(yàn)方程根據(jù)欲得到的材料水理特性參數(shù)值進(jìn)行配比設(shè)計(jì)。同時(shí),本論文的研究成果為今后透水混凝土和橡膠顆粒以及重晶石粉組成的新型相似材料的研究提供了一定的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：模型試驗(yàn) 固-流耦合相似材料 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 配比設(shè)計(jì) 回歸分析
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 選題背景及研究意義13-16
• 1.1.1 選題背景13-14
• 1.1.2 研究意義14-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 相似材料的原材料選擇17-20
• 1.2.2 相似材料的配比研究20-21
• 1.3 本文主要的研究?jī)?nèi)容及思路21-23
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.2 研究思路和技術(shù)路線22-23
• 1.4 創(chuàng)新點(diǎn)23-24
• 2 固-流耦合相似準(zhǔn)則推導(dǎo)及相似原材料介紹24-34
• 2.1 固-流耦合相似理論及準(zhǔn)則推導(dǎo)24-26
• 2.1.1 相似基本理論24-25
• 2.1.2 固-流耦合理論25-26
• 2.2 相似材料原材料的簡(jiǎn)介26-31
• 2.2.1 相似材料的選擇原則26-27
• 2.2.2 相似材料原材料的選擇27-31
• 2.3 新型固-流耦合相似材料的原材料31-34
• 2.3.1 膠結(jié)材料-透水混凝土31-32
• 2.3.2 骨料32-34
• 3 不同配比含水層相似材料力學(xué)特性及配比確定方法34-72
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法34-35
• 3.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本理論34
• 3.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性34-35
• 3.2 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)35-41
• 3.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法35-36
• 3.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)36
• 3.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案36-41
• 3.3 試驗(yàn)過(guò)程41-50
• 3.3.1 模具41-42
• 3.3.2 試件的制作步驟42-44
• 3.3.3 試件物理力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定44-50
• 3.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析50-70
• 3.4.1 正交試驗(yàn)結(jié)果整理及分析方法50-53
• 3.4.2 正交試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)整理53-59
• 3.4.3 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析59-65
• 3.4.4 正交試驗(yàn)結(jié)果回歸分析65-70
• 3.5 配比確定方法70-72
• 4 工程應(yīng)用研究72-78
• 4.1 工程概況72-73
• 4.2 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)73-74
• 4.3 各因素可行性分析74
• 4.4 試驗(yàn)配比值74-75
• 4.5 試驗(yàn)驗(yàn)證75-78
• 5 結(jié)論與展望78-82
• 5.1 結(jié)論78-80
• 5.2 展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-86
• 附錄A MATLAB程序代碼86-88
• 作者簡(jiǎn)歷88-92
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集92

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