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土石混合体微结构分析及物理力学特性研究

舒志乐  
【摘要】: 土石混合体一般是由作为骨料的砾石或卵石与作为填充料的粘土或砂土组成,是介于土体与岩体之间非均质的、不连续的特殊地质体,一般发育在第四系松散堆积层中,主要由残坡积物、崩坡积物和冲坡积物等形成,在我国乃至世界都有广泛的分布。对我国的国民经济、社会生产和人民生活有着极其重要的影响。 论文利用现代非线性理论—分形理论论证了土石混合体的层次性和自相似性,提出了土石混合体的微结构体系组成,体系各要素之间存在耦合作用,且是一个动态的开放系统,在不同的环境下系统的特征将发生显著变化。认为土石混合体的工程性质可由颗粒组成、排列组合方式、孔隙性及粒间作用4个结构要素加以表征,考虑到各要素之间的作用与重要性,选取粒度分维、颗粒分布分维、颗粒轮廓分维及孔隙分布分维作为土石混合体微结构参数指标,用这些参数指标作为土石混合体结构定量化研究的依据。 通过大量筛分试验,并经计算、整理与归纳,提出了五种典型的土石混合体粒度分形曲线,可根据曲线的不同类型定性描述土石混合体的工程性质,推出了土石混合体的粒度分形模型,通过对级配曲线的分析研究认为,传统的定义级配优良的土体级配特性参数在含石量大于50%时已不再适用,经分析比较,认为粒度分形曲线能很好的反应土石混合体的级配特征。 土石混合体一般为多重分形,对级配良好的土石混合体,尽管其产地、矿物成份、颗粒性质不同,但含石量与粒度分维值之间呈很好的抛物线关系,分维值的个数和大小反应土石混合体粗细料的相对含量和粒径分布的均匀程度,通过拟合分析,认为用粗、细料粒度分维平均值来表征土石混合体的含石量与均一性更趋合理。 土石混合体的粗料分布具有很好的分形特性,分维值为1.0-2.0之间,粗料分布分维具有明确的物理意义,即可反映粗料的形心,又可说明土石混合体的含石量。并用面积-周长法测定了土石混合体粗料的轮廓分维,以定量的方法描述了粗料的几何特征,分维值与通常所况的圆形度相对应,分维值越小,说明轮廓线圆度越好。 通过大三轴试验探讨了土石混合体在剪切情况下的变形特点和强度性质,建立了粒度分维值与强度的抛物线关系,论证了只具一个粒度分维值的土石混合体级配最优,最优级配的分维值与级配范围和最大粒径有关,这些特性为工程应用和土石混合体的科学分类提供了依据。


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