河道淤泥气泡混合土力学性质的数值模拟分析研究

发布时间：2017-07-19 09:38

  本文关键词：河道淤泥气泡混合土力学性质的数值模拟分析研究

  更多相关文章： 气泡混合土 有限元分析 应力分布 结构性 本构模型

【摘要】：随着资源的短缺和人们环保意识的加强,探讨将疏浚淤泥进行资源再生利用的课题在国内外得到了越来越广泛的关注。对淤泥进行轻量化处理就是其中一种办法。本文的研究对象,河道淤泥气泡混合土就是将河道淤泥作为原料土,添加气泡与水泥后混合制成的。一些研究表明,这种新型土工材料具有轻质、高强、自立性、环保性及良好的施工性等,因此在工程中具有良好、广泛的应用前景。但这项研究在我国仍处于起步阶段,尚有很多内容等着人们去研究。本文在室内试验的基础上,结合数值模拟分析对河道淤泥气泡混合土的力学性质及破坏机理等进行了以下几个方面的研究:首先,通过室内试验的方法确定数值模拟所需的不同配合比下河道淤泥气泡混合土的各种参数,运用有限元软件ABAQUS对河道淤泥气泡混合土试样的模型进行了静力与动力模拟,将模拟结果与实际试验进行了对比验证和进一步的模拟分析。研究表明,数值模拟所得结果与实际试验吻合度较高,同时,不同水泥掺入量、气泡掺入量及加载方式均会对其强度与变形特性产生影响。其次,基于河道淤泥气泡混合土内部微孔分布的细观特征,利用物理力学及数值模拟试验方法,对河道淤泥气泡混合土的力学性质与微孔细观特征的相关性进行分析,以揭示河道淤泥气泡混合土的强度发挥及破坏机理。根据模拟计算及试验实测得到,河道淤泥气泡混合土中的含水率、气泡掺入量及水泥掺入量是影响土体内部微孔分布的重要因素,而大孔径微孔及微孔孔径分布的均匀性也很大程度上影响着气泡混合土的力学性质。最后,通过固结压缩试验分析研究了影响河道淤泥气泡混合土的结构性的因素,在修正剑桥模型的基础上,结合淤泥气泡混合土的力学性质,引入了反映轻质混合土结构性的参数,对修正剑桥模型的屈服面方程及应力-应变关系进行了改进,并给出了改进后模型参数的提取方法。
【关键词】：气泡混合土 有限元分析 应力分布 结构性 本构模型
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU447
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外关于气泡混合轻质土的研究12-14
• 1.2.1 国外气泡混合轻质土的研究现状12-13
• 1.2.2 国内气泡混合轻质土的研究现状13-14
• 1.3 存在问题与研究目的14
• 1.4 研究主要内容及技术路线14-16
• 第二章 河道淤泥气泡混合土的静力与动力特性模拟分析16-37
• 2.1 河道淤泥气泡混合土的试样制备16-18
• 2.2 模拟分析方法18-23
• 2.2.1 模拟分析软件概要18-20
• 2.2.2 本构模型的选择与特性20-23
• 2.3 试验与计算参数23-26
• 2.3.1 固结试验23-24
• 2.3.2 渗透试验24-25
• 2.3.3 三轴压缩实验25-26
• 2.4 静力特性模拟试验分析26-29
• 2.4.1 ABAQUS有限元建模26-27
• 2.4.2 有限元模拟结果分析27-29
• 2.5 动力特性模拟试验分析29-35
• 2.5.1 ABAQUS有限元建模29-30
• 2.5.2 有限元仿真结果分析30-33
• 2.5.3 不同加载方式对累计变形的影响33-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第三章 细观破坏机理的模拟试验分析37-56
• 3.1 基于图像处理技术的细观结构特征分析方法37-39
• 3.1.1 ImageJ图像处理软件简介37-38
• 3.1.2 二值化处理38-39
• 3.2 细观结构特征分析39-40
• 3.3 基于细观特征的细观模型建立40-42
• 3.4 模拟试验结果与分析42-49
• 3.4.1 基于模拟结果的强度特性分析42-45
• 3.4.2 基于细观模型塑性区发展的强度发挥机理45-49
• 3.5 淤泥气泡混合土的细观结构变形与破坏特征49-54
• 3.5.1 土骨架单孔细观模型模拟结果与分析49-52
• 3.5.2 土骨架双孔细观模型模拟结果及分析52-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第四章 河道淤泥气泡混合土的本构模型56-66
• 4.1 河道淤泥气泡混合土的结构性56-61
• 4.1.1 含水率对结构性的影响57-58
• 4.1.2 水泥掺入量对结构性的影响58-60
• 4.1.3 气泡掺入量对结构性的影响60-61
• 4.2 结构性河道淤泥气泡混合土本构模型屈服面的建立61-63
• 4.3 本构模型的应力-应变关系63-64
• 4.3.1 弹性变形63
• 4.3.2 塑性变形63-64
• 4.4 模型参数的确定64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 全文总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-70
• 致谢70-71
• 作者简历71
• 攻读硕士学位期间论文发表情况71

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本文编号：562249