EPS颗粒混合轻量土动强度特性及离散元数值模拟研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaer7201982
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
EPS颗粒(发泡聚苯乙烯)混合轻量土是将原料土、EPS颗粒、固化剂和水按照一定比例搅拌形成的新型材料,在一些特殊路段的路基工程中得到了初步应用。路基土在服役过程中受到动荷载作用,土的动强度特性对路基安全有着重要影响。动强度与一定的强度标准相关,不同的强度标准下土有不同的强度特性。以往对于轻量土动强度的研究集中于水泥掺量、EPS颗粒掺量、围压等因素对动强度的影响,缺乏轻量土在不同强度标准下的动强度特性横向比较,因此研究不同强度标准下的轻量土动强度特性,探究适宜的动强度标准显得尤为必要。本研究制备了不同配比的轻量土和重塑土进行固结不排水动三轴试验及常规三轴压缩试验,得到试样的滞回曲线、动应力时程曲线、动应变时程曲线和动孔压时程曲线以及有效抗剪强度参数。根据动三轴试验结果研究了轻量土和重塑土动应力、动应变、动孔压随振次的发展规律,分析孔压标准、极限平衡标准、屈服标准和应变标准对重塑土和轻量土的适用性,同时探讨了在轻量土和重塑土固结不排水三轴压缩试验中的应力-应变-孔压特性及其破坏模式。利用颗粒流软件PFC3D建立了EPS颗粒混合轻量土动三轴离散元数值模型,根据动三轴试验得到的滞回曲线对模型进行了细观参数标定,研究不同累积压应变下接触力、位移场、速度场的变化规律。研究结果表明:(1)在固结不排水三轴压缩特性方面,随着水泥掺量的增高或者EPS颗粒体积比的减小,轻量土的应力-应变曲线由应变硬化型向应变软化型变化。应变软化型的轻量土试样有类似于超固结黏土的性质,在进行不排水剪切时孔压先增加后减少为负值。应变硬化型的轻量土试样和正常固结黏土性质类似,剪切时孔压有不断增高的趋势。重塑土呈现剪缩破坏形态,应变软化型轻量土试样破坏时形成约60°剪切带,呈现出脆性破坏性质。(2)在动应变累积特性方面,通过固结不排水动三轴试验发现,重塑土的动应变累积变化经历三个阶段。第一阶段为振动密实阶段,第二阶段为振动变形阶段,第三阶段为振动破坏阶段。轻量土动应变累积有振动变形和振动破坏两个阶段,从振动变形向振动破坏段转变时动应变迅速增大。试验发现橡皮膜存在顺变效应,使得重塑土试样在受到荷载作用时局部排水,造成动孔压测量值偏低。(3)在动强度标准方面,对于黏性土和轻量土而言,颗粒被胶结物质所胶结,在动荷载作用过程中动孔压很难达到围压发生液化,孔压标准不适用于黏性土和轻量土。极限平衡标准只考虑试样的瞬时极限状态,且静力强度指标与动力强度指标并不相等,因此极限平衡标准也不适用于黏性土和轻量土。黏性土和轻量土动应变时程曲线均未出现转折点,因此适用应变标准。考虑循环荷载下土体的变形是土体动力失稳的因素,应该控制土体不发生较大塑性变形,其中轻量土以单幅压应变εd=5%作为强度标准,黏土的动应变以双幅动应变2εd=5%作为强度标准。(4)在离散元数值模拟方面,利用颗粒流程序对EPS颗粒混合轻量土进行了动三轴离散元数值建模。轻量土是一种多介质体系,颗粒主要有两种,分别是土颗粒和EPS颗粒,水泥在数值建模时被视为一种黏结强度。土颗粒按照级配放大法生成,采用平行黏结模型,按照土颗粒和EPS颗粒两种颗粒体系分组设置黏结参数,建立了轻量土动三轴离散元数值模型。(5)随着围压的增大,颗粒的接触力也变大,围压的增大限制了颗粒的位移,对颗粒体系的运动约束作用增强。当围压不变时,随着压应变的增大,EPS颗粒之间的接触力在减小,土颗粒之间的接触力无明显变化。EPS颗粒之间接触力的减弱,使得EPS颗粒在循环荷载作用下更容易发生位移,位移方向以沿竖向指向试样中心方向为主,在宏观上表现为压应变的累积,轻量土的变形主要是EPS颗粒的位移所造成。随着压应变的增大,颗粒体系的速度方向由随机分布转变为沿竖向指向试样中部,在压应变为5%时颗粒速度方向发生偏转的颗粒数目显著增多,说明试样竖向累积变形速率加快,动强度开始衰减,因此以5%的压应变作为轻量土的动强度标准是可行的。(6)EPS颗粒体积比不变时,颗粒的位移值随着应变的增大而增大,但是增幅很小,变化不大。在振动后期,土颗粒的黏结逐渐被破坏,位移值较小的土颗粒随着振动的进行位移值不断增大。试样两端颗粒速度方向沿径向分布,方向沿径向指向圆心和背离圆心的颗粒均存在,中部颗粒速度方向随着EPS颗粒体积比的增加由竖向指向试样中心方向变为沿径向背离圆心方向分布,两端颗粒速度大于中部颗粒速度。振幅的增大使得颗粒的位移值增大,土的变形累积速率加快。
其他文献
我国干旱区降水稀少、蒸发强烈,水资源供需矛盾突出。农业用水是主要的用水部门,农业水资源利用状况直接影响生态系统的发展演变。开展干旱区农业节水潜力的定量评估和综合评价研究,不但可为当地农业发展规划提供科学依据,也可为西北类似旱区农业节水工作提供参考借鉴。针对现有农业节水潜力研究中较少考虑实际农业生产活动中气候、田间管理和土壤水分变化对蒸发蒸腾量的影响,无法反映真实节水量等问题。本文以典型干旱区甘肃省
长距离调水工程可以将水从水资源富集的地区引向水资源匮乏的地区,是解决我国水资源分布不平衡的有效手段,但在新疆、甘肃等高寒区,冬季引水渠道结冰会减小输水流量,严重时会形成冰塞和冰坝,造成渠道停水甚至跑水事故,因此,开展长距离冬季输水渠道结冰规律和防止渠道水流冻结技术的研究具有重要的实用价值。本论文研制了寒区长距离输水渠道水流冻结模型试验系统,然后配备发热电缆电加热系统构成了模型试验的试验平台;利用C
随着我国农业发展水平的不断提高,大型灌区对我国农业的高产、稳产乃至全国的粮食安全都具有举足轻重的地位。自上世纪70年代以来,在原有渠道灌溉系统的基础上,我国北方一些灌区已开始大力发展井灌设施,利用地下水进行灌溉代替排水,形成了渠井双灌模式。渠井结合灌区的水循环受诸多人类活动的影响,因此过程复杂且难以量化。统计模型等传统的研究方法难以定量计算各影响因素对水循环的影响,需要在水文模型中考虑农户灌溉用水
本文基于Flow-3D软件,以Wang冲刷试验为原型,采用大涡模拟(LES)结合泥沙冲刷模型对圆柱形桥墩及下游潜坝局部清水冲刷过程进行三维数值模拟研究。首先建立单圆柱桥墩冲刷数学模型,分析桥墩周围流场流态、紊动能分布以及涡体分布情况,分析桥墩局部冲刷发展过程。在此基础上改变桥墩与潜坝间距、潜坝露出河床高度等参数,着重分析桥墩和潜坝周围局部冲刷坑形态、流速分布、河床切应力等因素随时间的变化规律,探讨
史蒂文·斯梅尔(Steven Smale,1930.7.15)是美国数学家,当今世界上最杰出的数学家之一,长期任贝克利大学教授.他在微分拓扑、动力系统、混沌理论、非线性分析、计算复杂性、数理经济学和学习理论等众多领域都做出了重要贡献.他成功解决了微分拓扑学中"广义庞加莱猜想",并创立了现代抽象微分动
期刊
冻胀破坏是寒区渠道衬砌破坏的主要方式,影响渠道安全运行及工程效益的发挥,建立合理的渠道衬砌冻胀力学模型是衬砌抗冻胀设计的基础。目前梯形渠道衬砌冻胀力学分析大多基于假设冻胀力和冻结力分布及大小的前提下建立的结构力学分析模型,既不能充分反映衬砌板与基土冻胀之间的变形协调,也不能很好利用规范推荐成果或方法。SL23-2006《渠系工程抗冻胀设计规范》中详细推荐了渠基土冻胀量计算方法,一定程度上综合体现了
干旱长期以来一直是影响人类生活和社会生产的自然灾害。植物作为生物圈的重要组成之一,连接着大气圈、岩石圈、水圈,极易受到干旱的影响。在全球变暖的大背景下,关于干旱引发的灾害性事件的研究,有利于对干旱进行有效的风险管理,促进水资源的合理利用,对人类生产和社会经济发展产生促进作用。本文旨在克服大气水分的影响,使用植被水分作为量化干旱的指标,探究2001-2019年东北地区在不同时间尺度下的干湿变化特征以
道路基础设施,尤其是道路系统的智能化对于提升道路基础设施服务水平和加快交通强国建设与发展具有重大而深远的意义,是交通领域发展的主攻方向。路面是道路系统最基本的组成,路面材料的智能化意义重大,且自诊断、自修复甚至让电动车辆能够边行走边充电等智能化设想提出由来已久,但目前的研究还很少,这些智能化的关键在于使现有路面材料能够表现出力学性能之外的电学或磁学性能。最近,使用闪光焦耳热法可以制备低成本、高质量
土壤侵蚀是全球范围重大的环境问题之一。泥沙来源研究作为土壤侵蚀研究的核心内容之一,对水土保持措施的科学布设具有重要意义。本文采用复合指纹识别法,以东北黑土区建有多级石谷坊的代表性小流域为对象,在确定多级石谷坊合理源地分类的基础上,定量判别多级石谷坊沉积泥沙来源,对比分析指纹因子载体颗粒粒径范围对泥沙来源定量判别准确性的影响,分析上游石谷坊沉积泥沙对下游石谷坊泥沙沉积的影响,探讨复合指纹识别法在多级
我国位于西北干旱半干旱地区的大型灌区,地表水源难以满足农业发展的需求,地下水成为主要的灌溉补充水源,由于不合理的开采导致地下水明显减少且长期得不到恢复和补充。当干旱持续发生,来源于降水的自然补给量减少,水资源供需矛盾更加突出,农业用水往往得不到满足,对农业生产产生巨大的影响,致使粮食减产甚至绝收,严重影响当地的经济社会发展。为此,对区域内有限的水资源进行合理配置是解决以上问题的有效途径之一,可使水