本文關鍵詞：非飽和土的土水作用微觀機理模擬分析

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【摘要】：宏觀尺度下,非飽和土的研究取得了大量成果,形成了系統(tǒng)的理論和測試技術。在微觀尺度下探究非飽和土各相介質及其相互作用為揭示非飽和土力學行為的本質提供了方向。然而現(xiàn)有的試驗手段和技術并不能獲取土樣足夠的微觀尺度下的信息,而數(shù)值試驗可以規(guī)避微觀探測的困難。本文根據(jù)非飽和土力學中的毛細理論,將毛細水和土骨架的作用應用于非連續(xù)變形分析中,提出了一個能同時計算土骨架非連續(xù)變形和土水相互作用的數(shù)值方法,記為DDA-CAP。在DDA-CAP中,根據(jù)毛細水的性質,做出了一些假設來保證毛細水的分布情況是唯一確定且可求的。先通過找液面圓心軌跡交點的方法得到兩個單元之間可能的毛細水液面,篩選掉不合理液面后得到兩個單元之間可形成的毛細水液面。再以兩個單元之間的毛細水分布為基礎,通過簡化處理相交或相覆蓋液面,得到多單元系統(tǒng)的毛細水分布圖像。根據(jù)畫出的毛細水分布圖像獲得毛細水的體積,進而利用土水特征曲線的單調性試算獲得液面曲率半徑和基質吸力。根據(jù)基質吸力和毛細水分布情況計算毛細力,將毛細力作為邊界條件加到不連續(xù)變形分析方法(DDA)計算程序中就得到DDA-CAP。建了一個粒徑范圍涵蓋粘粒和粉粒的140個單元的非飽和土模型,用DDA-CAP對其進行壓縮試驗模擬,得到了土樣在不同壓縮階段的土水特征曲線、毛細力隨基質吸力變化曲線等數(shù)據(jù)。結果表明:若土骨架顆粒間全是點接觸,則毛細力不會一直隨著含水率降低而升高,當有一定比例的面接觸時,毛細力會隨著含水率降低而一直升高。比較壓縮試驗不同階段的土骨架模型的變化和對應的土水特征曲線的變化,結果表明孔隙比及孔隙的性質對土水特征曲線有較大影響。取得的這些數(shù)據(jù)和結論說明DDA-CAP用于土水作用的微觀模擬是可行的。
【關鍵詞】：非飽和土 微細觀結構 毛細水 數(shù)值實驗 DDA
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU43
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究意義10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 非飽和土研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 實驗研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 非飽和土細觀數(shù)值實驗研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 現(xiàn)有研究的不足15-16
• 1.4 研究內容和技術路線16-18
• 1.4.1 研究內容16
• 1.4.2 技術路線16-18
• 第二章 非飽和土中的毛細水18-23
• 2.1 毛細水的性質18-21
• 2.1.1 表面張力18-19
• 2.1.2 接觸角19-20
• 2.1.3 Young-Laplace方程20
• 2.1.4 Kelvin方程20-21
• 2.2 毛細水對土顆粒的作用21-23
• 第三章 DDA-CAP程序算法23-37
• 3.1 DDA基本原理23-25
• 3.1.1 塊體的位移和變形23
• 3.1.2 二維情況塊體系統(tǒng)平衡方程23-24
• 3.1.3 塊體系統(tǒng)運動學理論24-25
• 3.2 DDA-CAP中關于毛細水的假設25
• 3.3 毛細水相關程序流程圖25-26
• 3.4 單元的邊與角點對應的液面圓心軌跡26-28
• 3.5 圓心軌跡交點法找可能的液面位置28-29
• 3.6 液面篩選-刪除雙單元系統(tǒng)內不合理液面29-32
• 3.6.1 不穩(wěn)定液面29-30
• 3.6.2 接觸點上所掛液面30-32
• 3.6.3 拉斷液面32
• 3.7 多單元系統(tǒng)內不合理液面的處理32-33
• 3.8 計算毛細水體積33-34
• 3.9 計算液面曲率半徑34-35
• 3.10 計算毛細力35-37
• 第四章 程序應用——數(shù)值模型試驗37-49
• 4.1 模型設計37-39
• 4.1.1 土樣盒設計37
• 4.1.2 土顆粒模型設計37-39
• 4.1.3 單元變形性質和表面性質設定39
• 4.2 試驗設計39-40
• 4.3 試驗結果和分析40-49
• 4.3.1 初始狀態(tài)土水特征曲線40-42
• 4.3.2 初始狀態(tài)毛細力隨基質吸力變化曲線42-44
• 4.3.3 壓縮試驗44-47
• 4.3.4 試驗結束時毛細力隨基質吸力變化曲線47-49
• 第五章 結論與展望49-51
• 5.1 結論49
• 5.2 需要進一步做的工作49-51
• 參考文獻51-54
• 攻讀學位期間取得的研究成果54-55
• 致謝55

【參考文獻】

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本文編號：961228