收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高应力下砂土的三轴压缩和剪切变形特性及细观破碎规律

张涛  
【摘要】:在开发深埋资源与地下空间过程中,深埋砂土的应力状态可能会产生巨大变化,引发砂颗粒发生破碎,从而改变砂土的力学特性,给工程带来严重的安全问题。关于高应力下砂土的变形与破碎规律尚缺乏系统、深入的研究。本文以深埋砂土为研究对象,综合采用室内试验、X射线原位扫描测试和离散元细观数值方法,深入、系统地开展了高应力、高水压、多种应力路径条件下砂土的三轴压缩和剪切变形特性及细观破碎规律研究,揭示了颗粒破碎对砂土宏、细观力学行为的影响规律,实现了较为精准的颗粒破碎预测,建立了更加准确的高应力下砂土本构模型,揭示了颗粒破碎和细观结构之间的关系。主要研究内容和成果如下:(1)针对砂土所处的深地高应力环境,成功研制了砂土高压三轴试验装置,并利用它获得了饱和反压对颗粒破碎的影响规律;获得了高应力下砂土的三轴压缩和剪切变形规律以及颗粒破碎规律;首次提出了三轴压缩试验中的相对破碎率B_r关于平均有效主应力p'和K_0(水平应力/竖向应力)的预测模型;首次提出了三轴剪切试验中的B_r关于围压σ'_c和轴向应变ε_a的预测模型;获得了不受应力路径影响的B_r和体应变ε_v的线性关系;分别建立了三轴压缩和剪切状态下体应变ε_v本构模型;分别获得了B_r和粒径分布分形维数D_M、B_r和输入功E的双曲线关系。试验结果表明:反压对饱和砂土在排水条件下的颗粒破碎没有影响;屈服应力随着K_0的减小而减小,初始各向异性状态更易导致颗粒发生破碎。(2)成功研制了基于X射线CT的高应力下砂土变形、破碎高压微型三轴仪,实现了高应力下砂土变形、破碎过程的可视化;根据实验过程原位CT扫描测试结果,利用三维图像重构分析技术,统计分析了砂颗粒的形态(球度和纵横比)变化,掌握了颗粒破碎对颗粒形态的影响规律;首次获得了砂颗粒在高压三轴剪切时的三维可视化破碎过程,揭示了颗粒咬合作用导致砂颗粒破碎的机理;获得了颗粒数量分形维数D_N随颗粒破碎的变化规律。研究表明:颗粒之间的接触点决定了裂隙发育的走向;形态规则、尺寸较大的颗粒未发生严重的破碎,这是因为类球形颗粒的周边颗粒分布均匀,且大尺寸颗粒的配位数较大,应力集中的可能性较低;颗粒破碎越剧烈,细颗粒越多,分形特征越显著;随着围压的增大,颗粒以断裂破碎为主,扁而细长的颗粒急剧增加,导致球度和纵横比不断减小。(3)利用离散元数值方法建立了真实颗粒离散元模型,提出了使用加权平均球度值S_c量化颗粒集群形态的方法,建立了一种混合颗粒(由6个球度不同的颗粒组成)砂土数值试样和两种单一颗粒砂土数值试样;对比分析了刚性试样(不可破碎试样)和可破碎试样的体应变、配位数、接触力分布和组构各向异性的变化规律;在砂土高压三轴压缩数值模拟研究中,首次提出了与B_r和K_0相关的接触力分布模型;在砂土高压三轴剪切数值模拟研究中,首次提出了与B_r和主应力比相关的接触力分布模型;获得了总、强、弱法向接触力的变化规律;举例分析了摩擦耗能和破碎耗能随轴向应变的变化规律。结果表明:单颗粒的破坏强度随球度的增大而增大;S_c越大,配位数分布越均匀,且强接触力的均质性越好;强接触力分布受颗粒破碎和应力路径共同影响,而弱接触力分布仅与颗粒破碎有关,与应力路径无关;弱接触力分布均呈各向同性状态;应力增长和颗粒破碎,都会导致各向异性程度下降。本文研究成果对进一步完善砂土颗粒破碎机理、高应力下砂土本构模型理论具有重要意义,可为深土工程设计和建设提供理论依据。该论文有图116幅,表21个,参考文献215篇。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前15条
1 王琴;肖建春;沈睿麟;唐涛;;钢球冲击下砂土底部的反力分布试验研究[J];中国水运(下半月);2021年05期
2 贺林林;冯楚杰;杨柳;梁越;;颗粒排列角度对砂土剪切特性的影响试验[J];河海大学学报(自然科学版);2021年05期
3 苏文文;任春光;韩振诚;吴迪;王加国;李良良;李苇洁;;不同砂土类型和埋藏方法对猕猴桃种子萌发及幼苗生长的影响[J];贵州科学;2020年03期
4 高瑞;李万春;王天;翁兴中;崔树业;刘兵;;复合固化砂土干湿循环试验研究[J];山西建筑;2017年25期
5 邹峰;王炳辉;姜朋明;;基于二值图像处理技术的砂土颗粒统计方法[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2015年02期
6 李凤莲,马玉树,尔吉辉;河北省风砂土分布形成特点及利用与改良[J];河北林业科技;2000年06期
7 于孔志;新近堆积砂土的工程性质与岩土工程勘察应注意的问题[J];有色金属矿产与勘查;1997年02期
8 王家鼎;孟兴民;白晓华;;砂土滑动液化的初步分析[J];灾害学;1990年02期
9 李佳川;;加筋砂土的抗剪强度特性[J];勘察科学技术;1992年02期
10 何贵卿;李钟石;李淑珍;朱长军;彭万冬;潘玉坤;夏克林;;风砂土耕地的等级划分及综合治理途径[J];黑龙江农业科学;1993年03期
11 唐崙;关于砂土的破坏条件[J];岩土工程学报;1981年02期
12 汤向东;张慎举;;飞砂土的特点与合理施肥[J];河南农林科技;1981年12期
13 陈楷文;王勇;闫锴;杨志勇;;杭州湾浅层储气砂土的持水特性试验研究[J];科学技术与工程;2021年24期
14 周林禄;苏雷;凌贤长;刘秀;关达;张永强;;纤维加筋砂土抗液化试验与数值模拟[J];工程地质学报;2021年05期
15 沈振;屈鹏飞;孟轲荆;赵占宇;;旁压试验和标准贯入试验与砂土变形模量的相关性[J];岩土工程技术;2021年06期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 曹延波;彭芳乐;龙冈文夫;;一种描述加筋材与砂土接触作用机理的弱面单元[A];第二届全国环境岩土工程与土工合成材料技术研讨会论文集(二)[C];2008年
2 戴北冰;杨峻;;含细粒砂土反常剪切行为的数值模拟研究[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
3 王耀芹;王卫宪;李伟平;王煜;周旭;金玉仁;;锶在砂土上的吸附行为研究[A];中国核科学技术进展报告(第三卷)——中国核学会2013年学术年会论文集第4册(核材料分卷、同位素分离分卷、核化学与放射化学分卷)[C];2013年
4 李宁;高岳;;透明砂土三轴试验的颗粒流模拟[A];2011年全国工程地质学术年会论文集[C];2011年
5 许成顺;赵文超;李艳梅;;变形发展机制对砂土强度特性的影响研究[A];《工业建筑》2017年增刊III[C];2017年
6 黄茂松;李学丰;;基于组构张量的砂土各向异性本构模型[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 吉嶺充俊;;砂土在各种应力—应变条件下不排水剪切特性的研究[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年
8 迟明杰;赵成刚;李小军;;基于热力学的砂土剪胀模型的研究[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年
9 郑清江;林常昀;李建中;李崇正;;水力填筑砂土状态参数之研究[A];海峡两岸土力学及基础工程地工技术学术研讨会论文集[C];1994年
10 何广讷;;南海某砂土的液化特性及振动稳定性的探讨[A];中国土木工程学会第四届土力学及基础工程学术会议论文选集[C];1983年
11 张海丘;高广运;王禹;;地震波类型对砂土震陷影响的数值模拟分析[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
12 蒋明镜;付昌;刘静德;李涛;;各向异性结构性砂土离散元分析[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
13 张宏洋;李同春;宫必宁;牛志伟;;砂土的P—Z模型及振动台试验验证[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展[C];2009年
14 濮家骝;李广信;孙岳嵩;;砂土复杂应力状态试验及三维弹塑性模型研究[A];中国土木工程学会第四届土力学及基础工程学术会议论文选集[C];1983年
15 张程林;周小文;;砂土颗粒三维形状模拟离散元算法研究[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
16 蒋明镜;李立青;David Harris;;一个描述砂土流动的非常规本构理论[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年
17 贺瑞;陈家祺;孟昊;赵雅慧;;密实度与饱和度对砂土电阻率的影响规律研究[A];第十九届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下)[C];2019年
18 许成顺;栾茂田;郭莹;张振东;;复杂应力条件下砂土剪切特性试验研究及本构模型[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年
19 李刚;陈亮;陈建生;许波琴;;基于竖管法和微水试验相结合的探测砂土渗透系数的方法研究[A];第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C];2012年
20 吴景海;王德群;;土工合成材料加筋砂土三轴试验研究[A];第五届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 张涛;高应力下砂土的三轴压缩和剪切变形特性及细观破碎规律[D];中国矿业大学;2021年
2 陆勇;高、低压下砂土剪切带及砂土—结构界面层力学行为演化研究[D];中国矿业大学;2014年
3 朱建群;含细粒砂土的强度特征与稳态性状研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
4 徐宏殷;微生物花管注浆砂土固化试验和仿真模拟研究[D];天津大学;2020年
5 袁炳祥;发展三维粒子图像测速技术在桩土相互作用研究中应用[D];兰州大学;2012年
6 于艺林;考虑应力主轴旋转的各向异性砂土本构规律与数学模型[D];清华大学;2010年
7 周海林;振动注浆中的砂土液化研究[D];中南大学;2002年
8 王庶懋;砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)动力特性的试验研究[D];河海大学;2007年
9 曹威;定轴剪切条件下各向异性砂土本构规律与模型研究[D];清华大学;2018年
10 黄博;基于球形颗粒接触理论考虑频率影响的砂土剪切波速研究[D];浙江大学;2017年
11 董彦莉;土工格栅加筋砂土的特性研究及加筋垫层的承载力计算[D];太原理工大学;2011年
12 王运霞;基于状态参量的饱和砂土弹塑性本构模型研究[D];北京交通大学;2013年
13 向钰周;基于透明土试验技术的砂土地层隧道开挖变形机理研究[D];重庆大学;2019年
14 张宏博;长期往复荷载作用下无粘性材料累积变形研究[D];同济大学;2006年
15 张帅;基于TTS砂土模型的地下结构非线性动力反应研究[D];清华大学;2019年
16 高岳;化学注浆扩散机理的透明土试验研究[D];中国矿业大学;2016年
17 王勇;浅层储气砂土的工程效应演化特征与灾变机理研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2009年
18 童朝霞;应力主轴循环旋转条件下砂土的变形规律与本构模型研究[D];清华大学;2008年
19 徐令宇;桩基础水平响应计算方法及其抗液化性能研究[D];大连理工大学;2013年
20 斯日古楞;砂土基微生物诱导矿化材料微细观力学特性研究[D];内蒙古工业大学;2021年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 Bandana Tiwari;上海深部砂土物理力学特性的试验及本构模型研究[D];上海交通大学;2020年
2 李声立;颗粒级配对砂土静态液化行为的影响研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 李磊;舟山某地区砂土的液化机理及加固研究[D];浙江海洋大学;2017年
4 陈海;泡沫改良盾构砂土流变特性的研究[D];中国地质大学(北京);2016年
5 康睿;基于图像处理的砂土颗粒细观特性分析[D];宁夏大学;2015年
6 刘恒;含黏粒砂土填方路基渗透特性及沉降预测研究[D];湖北工业大学;2020年
7 袁伟;冻结砂土三轴抗压强度和变形机理研究[D];兰州大学;2020年
8 吴明喜;人工合成透明砂土及其三轴试验研究[D];大连理工大学;2006年
9 李林;不同斥水程度砂土的土壤水分入渗特性研究[D];西北农林科技大学;2016年
10 陈逸方;桂林市砂土渗透破坏规律研究[D];桂林理工大学;2017年
11 李翔;河南典型砂土的低温陶瓷固化机理及技术研究[D];南京理工大学;2012年
12 宋晓丽;青岛地区含黏粒砂土动力特性及累计变形试验研究[D];青岛理工大学;2019年
13 刘建成;高性能聚氨酯砂土固结材料研究与应用[D];成都理工大学;2016年
14 郝彦珍;黑龙港砂土区农用地下水资源合理利用试验研究[D];石家庄经济学院;2012年
15 郭书魁;竖向加筋砂土直剪试验的颗粒流数值分析[D];浙江大学;2013年
16 李彬瑜;基于微生物沉积碳酸钙技术改良砂土微观结构及渗透性试验研究[D];河北工程大学;2021年
17 蒋敏敏;砂土原位测试理论研究和试验[D];河海大学;2007年
18 刘晓红;砂土中海水入侵速度的实验研究[D];大连海事大学;2007年
19 曾伟华;黏粒含量对微生物固化砂土的力学性能影响试验研究[D];广东工业大学;2020年
20 王堉众;不同水力条件下砂土侵蚀成洞机理研究[D];山东建筑大学;2020年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 侯小健 通讯员 陈长吉;我省完成砂土路改建266公里[N];海南日报;2014年
2 记者 胡晓虹;五年内消灭砂土路[N];珠海特区报;2006年
3 记者 李赫;粤1.48万公里砂土路今年将清零[N];南方日报;2020年
4 特约记者 陈涛 通讯员 陈长吉;海南:改造县道砂土路助农奔小康[N];中国交通报;2014年
5 记者 侯小健 通讯员 吴开心;我省今年计划改建100公里县道砂土路[N];海南日报;2015年
6 记者 侯小健 通讯员 陈长吉;上半年完成县道砂土路改建207公里[N];海南日报;2014年
7 记者 侯小健 特约记者 陈涛;我省全部消灭县道砂土路[N];海南日报;2016年
8 记者 侯小健 特约记者 陈涛;投资近14亿元 修路419公里[N];海南日报;2014年
9 特约记者 陈涛;海南:为民办实事不得“打白条”[N];中国交通报;2013年
10 记者 侯小健 通讯员 陈长吉;80万人告别“雨天一脚泥”[N];海南日报;2014年
11 记者 侯小健 通讯员 陈涛;我省启动县道砂土路改造工程[N];海南日报;2011年
12 本报记者  付洪军 刘联 实习生 尧春华;市人大代表建议案精选[N];珠海特区报;2007年
13 特约记者 陈涛 通讯员 陈长吉;美丽岛省溢彩路[N];中国交通报;2013年
14 记者 侯小健 通讯员 陈长吉;我省众多“泥土路”变身水泥路[N];海南日报;2015年
15 记者 侯小健 通讯员 陈长吉;85万人告别坑洼尘土路[N];海南日报;2014年
16 记者 林嘉慧;全市五区联合打响“蓝天保卫战”[N];佛山日报;2018年
17 记者 杨雪花;我地区油路优良率为96%[N];日喀则日报;2010年
18 特约记者 谭玉玲 通讯员 肖晓珍;疏通乡村“毛细血管”造福于民[N];韶关日报;2020年
19 本报记者 侯小健 通讯员 陈长吉 特约记者 吴孝俊;惠民交通 拓宽群众致富路[N];海南日报;2013年
20 记者 邓良琼;实现100人以上自然村通硬化路[N];汕尾日报;2020年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978