基于双分形维粒度分布模型散体材料强度特性研究与应用

发布时间：2020-05-25 18:19

【摘要】：散体材料的强度特性是岩土工程领域一个重要的研究内容,粒度分布作为散体材料的重要性质,是影响其强度特性的关键因素,但是现有的研究无法准确的定量表示二者之间的关系。而双分形维粒度分布模型作为一个新的粒度分布表达方法,其参数能全面的反映散体材料粒度分布的数学特性。因此,可以基于该模型的模型参数确定散体材料的粒度分布,再进行相应试验得到强度指标,从而来研究散体材料的强度特性并运用于工程实践。本文旨在基于双分形维粒度分布模型来进行散体材料的强度特性的研究与应用。首先,引入双分形维粒度分布模型,并基于该模型对含细粒土砾中的砾粒和砂粒的分形特性进行分析,其中砾粒组选用圆砾,砂粒组选用粗砂,基于该模型实现两种材料的混合,通过五个主要模型参数对混合材料的粒度分布进行控制,从而可以得到不同粒度分布的试验材料,在理论的基础上实现将该模型运用于圆砾与粗砂混合材料强度特性的研究。然后,在给定该模型的级配参数条件下进行试样的制备,将试样按照固定的相对密度进行室内大型直剪试验。经过大量的圆砾与粗砂混合材料的室内大型直剪试验及相应对照和复核试验,得到不同的五个模型参数变化下试样的抗剪强度指标,及抗剪强度指标和模型参数之间的定性关系。其次,采用MATLAB及其遗传算法工具箱对本次试验的数据进行分析,得到相应的拟合公式。类比这一处理过程,进而基于双分形粒度分布模型分析了三组散体材料模型参数和其渗透系数的关系,得到渗透系数用模型参数表示的统一形式。此过程成功的基于双分形维粒度分布模型对散体材料的强度特性进行了研究。最后,基于散体材料强度特性的研究成果对东安石矿挡墙进行了重新设计,本设计结合双分形维粒度分布模型的研究成果,不仅成功解决了东安石矿挡土墙的设计难点问题,也为类似的挡墙工程提供工程借鉴,为通过级配来评价散体材料的抗剪强度指标提供理论参考。
【图文】：

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逦ｂ）支忾兄种级配粒料耵逡逑图丨．２东安石矿挡墙逡逑如图１．２邋（ａ）所示，为湖南省东安县东安石矿的料仓，主休为浆砌片石彳＇ＩＩ：逡逑墙结构。该挡墙建成２年后倒塌，倒塌照片如阁１．２（ｂ）所示。经检测了解到，该逡逑１逡逑

粒度分布,粒度分布曲线,粒度分布模型,分形维

逦基于双分形维粒度分布模型散体材料强度特性研究与应用逦逡逑Ｍｊ逦颗粒总质量；逡逑Ｒｔ——筛分的颗粒的上限尺寸。逡逑上式中，己知Ｍ（ｒ＜／？）、ＭＴ、求分形维Ｄ的方法有两种：（１）直接采用线逡逑性回归拟合；（２）对上式两边取对数，然后进行非线性拟合。在本文第三章圆砾、逡逑粗砂、石英材料本身直剪试验中，在已知分形维Ｄ、ＭＴ、时，可直接由上式推逡逑导出Ｍ（ｒ＜７？），从而得到每个粒径范围内的颗粒的质量，，在后文中会有更加详细的逡逑介绍和求解。逡逑这里介绍一个简单的基于分形的粒度分布分析，用单分形维粒度分布模型对逡逑其进行描述。从Ｅｒｇｕｌｅｒ１４８１在２０１６年发表的描述土壤粒度分布的定量方法及其应逡逑用实例的文献中，获得各种粒度分布曲线并绘制在图（２．１）中。从图中可以看出逡逑和识别四种类型的粒度分布曲线形状，分别被指定为凸形（１＃线），线形（２＃逡逑线），三线式（３＃线）和凹型（４＃线）。逡逑＂邋＂＂２邋ｍｍ逦４．７５邋ｍｍ邋７５邋ｍｍ逡逑
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU43

【参考文献】