【摘要】：輕質(zhì)球形材料路基作為一種新型的路基,具有自重輕、強(qiáng)度高、施工快、無(wú)需碾壓的優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。研究輕質(zhì)球形材料路基內(nèi)部應(yīng)力傳遞規(guī)律,對(duì)于保證輕質(zhì)球形材料路基整體穩(wěn)定性十分重要。輕質(zhì)球形材料路基內(nèi)部顆粒具有明顯的離散性,傳統(tǒng)的土質(zhì)土力學(xué)理論在分析輕質(zhì)球形材料路基內(nèi)部應(yīng)力規(guī)律適用性不足。鑒于此,本文從堆積體接觸力理論傳遞模型推導(dǎo)和接觸力檢測(cè)試驗(yàn)兩方面,開展了規(guī)則排列的輕質(zhì)球形材料堆積體的接觸力傳遞分布規(guī)律研究,主要研究?jī)?nèi)容和研究成果如下:首先,總結(jié)分析了現(xiàn)有輕質(zhì)球形材料成型模具的缺點(diǎn),改進(jìn)設(shè)計(jì)了輕質(zhì)球形材料成型模具,確定了與成型模具匹配的輕質(zhì)球形材料試件室內(nèi)成型方法。其次,基于靜力平衡理論和隨機(jī)理論,建立了豎向集中荷載作用和豎向均布荷載作用兩種條件下,二維整齊排列、二維緊密排列、三維體心立方堆積三種規(guī)則排列的堆積體中接觸力的理論傳遞模型,確定了不同排列方式的堆積體中接觸力傳遞的通項(xiàng)公式,并分析了堆積體中接觸力逐層傳遞的分布規(guī)律。再次,針對(duì)目前的接觸力檢測(cè)方法對(duì)輕質(zhì)球形材料堆積體接觸力檢測(cè)適用性不足的問(wèn)題,采用稱重傳感器逐層檢測(cè)不同堆積層數(shù)的堆積體底層球體的接觸力的試驗(yàn)方法,得到了豎向均布荷載作用下二維整齊排列、二維緊密排列、三維體心立方堆積三種規(guī)則排列的堆積體中接觸力的分布規(guī)律。分析了接觸力分布規(guī)律的試驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果存在差異的原因,認(rèn)為球體尺寸的微小差別及加載方式的穩(wěn)定性是影響試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素;并且,建立了接觸力峰值試驗(yàn)值和接觸力峰值理論值的線性相關(guān)關(guān)系,得到了用接觸力峰值理論值修正接觸力峰值試驗(yàn)值的修正系數(shù),并提出了修正系數(shù)的確定方法。最后,采用接觸壓縮破壞試驗(yàn)方法,確定了輕質(zhì)球形材料的破壞模式為產(chǎn)生大的塑性變形之后的脆性開裂,認(rèn)為赫茲接觸理論確定的最大拉應(yīng)力不適合作為單個(gè)輕質(zhì)球形材料的強(qiáng)度準(zhǔn)則,提出了以單個(gè)輕質(zhì)球形材料的彈性極限對(duì)應(yīng)的接觸力作為輕質(zhì)球形材料路基最大填筑高度的計(jì)算控制標(biāo)準(zhǔn),并計(jì)算得到了路基最大填筑高度,能夠滿足一般路基的填筑高度要求。
[Abstract]:As a new type of roadbed, lightweight spherical roadbed has the advantages of light weight, high strength, fast construction and no need to be rolled, so it has a wide application prospect. It is very important to study the internal stress transfer law of lightweight spherical roadbed to ensure the overall stability of lightweight spherical subgrade. The internal particles of lightweight spherical material roadbed are obviously discrete, and the traditional soil mechanics theory is not suitable for analyzing the internal stress law of lightweight spherical material subgrade. In view of this, in this paper, from the theoretical transfer model of contact force of accumulative body and the test of contact force, the distribution law of contact force transfer of light spherical material with regular arrangement has been studied in this paper. The main research contents and achievements are as follows: firstly, the shortcomings of the existing lightweight spherical materials forming die are summarized and analyzed, and the lightweight spherical material forming die is improved and designed. The indoor molding method of lightweight spherical material specimen matching with molding die was determined. Secondly, based on the static equilibrium theory and stochastic theory, the two-dimensional neat arrangement and two-dimensional compact arrangement are established under the conditions of vertical concentrated load and vertical uniform load. The theoretical transfer model of contact force in three kinds of regular arrangement of three-dimensional body-centered cubic accumulation is established. The general formula of contact force transfer in different arrangement is determined, and the distribution rule of contact force transfer layer by layer in the accumulation is analyzed. Thirdly, aiming at the lack of applicability of the current contact force testing method to the contact force detection of lightweight spherical materials, a weighing sensor is used to detect the contact force of the bottom sphere of the accumulative body with different stacking layers one by one, and the test method is used to test the contact force of the bottom sphere of the accumulative body with different number of stacking layers. The distribution rules of contact forces in three regular arrangements of two-dimensional, two-dimensional compact arrangement and three-dimensional body-centered cubic accumulation under vertical uniform load are obtained. The reasons for the difference between the experimental and theoretical results of contact force distribution are analyzed. It is considered that the small difference in sphere size and the stability of loading mode are the key factors affecting the test results. In addition, the linear correlation between the test value of contact force peak value and the theoretical value of contact force peak value is established, and the correction coefficient of the test value of contact force peak value is obtained by using the theoretical value of contact force peak value, and the method of determining the correction coefficient is put forward. Finally, by means of contact compression test, the failure mode of lightweight spherical materials is determined to be brittle cracking after large plastic deformation. It is considered that the maximum tensile stress determined by Hertz contact theory is not suitable for the strength criterion of a single lightweight spherical material. The contact force corresponding to the elastic limit of a single lightweight spherical material is put forward as the calculation control standard for the maximum filling height of the lightweight spherical material roadbed, and the maximum filling height of the subgrade is obtained by calculating the maximum filling height of the subgrade. Can meet the general roadbed filling height requirements.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U416.1

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