滨海含生物气细粒土细观结构表征与宏观本构行为

发布时间：2021-04-27 22:54

　　滨海含生物气细粒土广泛分布于全世界五大洲中。气体多以离散大气泡形式存在于土骨架中。区别于传统非饱和土,滨海含气细粒土中气相不连通、水相连通、饱和度超85%,而无法用经典非饱和土理论描述;同时,由于气泡尺寸（约几百微米）远大于土颗粒尺寸（约几微米）,而不能用饱和土与可压缩流体混合物的理论描述。前人试验表明,由于大气泡和土骨架的相互作用,气相的存在可能增加或降低土骨架强度,取决于含气量和气泡压力（与孔压相关）。至今,大气泡在土骨架中的结构形态及演化特征缺乏研究,大气泡对细粒土屈服面形态、应力-剪胀关系的影响仍不清楚,也缺乏能统一描述“气相损伤”和“气相强化”效应的本构模型。围绕上述问题,本文基于CT原位微型加载设备开发、高精CT扫描试验、三轴试验、弹塑性模型构建和圆柱孔洞扩张解析推导,得出以下主要结论:1)一维固结条件下,含气土中气泡更接近椭球形（椭球度介于0.35～0.75）。气泡椭球度和最大半径分布不能用常规概率模型（正态分布、对数正态分布、韦布分布和伽马分布）进行描述,但可以通过几个正态分布的叠加（高斯混合模型）来描述。2)随着竖向荷载的增大,气泡主要沿着竖向荷载作用的方向压缩,而水... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：160 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
    1.1. 引言
    1.2. 国内外研究历史与现状
        1.2.1. 含大生物气泡细粒土微观结构研究现状
        1.2.2. 含气土力学特性的研究现状
        1.2.3. 含气土深水取样扰动评价研究现状
        1.2.4. 含气土本构模型研究现状
        12.5. 圆孔扩张理论研究现状
    1.3. 目前存在的问题
    1.4. 本文主要工作
    1.5. 技术路线
2. 含气土细观结构表征
    2.1. 试验装置与试验方案
        2.1.1. 试验装置
        2.1.2. 试验材料和含气土样制备
        2.1.3. 试验方案
    2.2. 图像获取、处理和分析
        2.2.1. 图像获取和三维重构
        2.2.2. 图像处理:滤波和边缘处理
        2.2.3. 图像分析:气泡形状和尺寸量化
        2.2.4. 典型气泡的形态
    2.3. 气泡形状和尺寸随荷载演化规律
        2.3.1. 气泡尺寸概率分布演化
        2.3.2. 气泡形状概率分布演化
    2.4. 气泡形状和尺寸分布量化
        2.4.1. 概率模型
        2.4.2. 统计拟合优度检验
        2.4.3. 南海黏土中气泡形状和尺寸的统计分布
        2.4.4. 马来西亚高岭粉土中气泡形状和尺寸的统计分布
        2.4.5. 气泡总体积和气泡压力随荷载演化规律
    2.5. 气泡对土体结构损伤效应的量化
        2.5.1. 问题定义
        2.5.2. 考虑应力各向异性的椭圆孔压缩理论
        2.5.3. 椭圆气泡孔周最小主应力分布
        2.5.4. 椭圆气泡孔周强度发挥
        2.5.5. 气泡对土体的损伤效应估计
    2.6. 讨论
    2.7. 本章小结
3. 含气土宏观力学响应
    3.1. 试验设计
        3.1.1. 试验方案
        3.1.2. 试验设备
        3.1.3. 试验流程
    3.2. 含气土应力-剪胀特性
        3.2.1. 应力-剪胀关系确定方法
        3.2.2. 细粒含气土应力-剪胀关系
        3.2.3. 细粒含气土的应力-剪胀函数
    3.3. 含气土屈服特性
        3.3.1. 屈服轨迹的不同形状
        3.3.2. 塑性应变增量方向和流动法则
        3.3.3. 屈服面形状参数方程α(u_(w0)-u_(w_0_ref)/p_0,ψ_0)
    3.4. 含气土不排水卸载响应
        3.4.1. 应力-应变响应
        3.4.2. 超孔压响应
        3.4.3. 有效应力路径
        3.4.4. “土骨架-气”和“水-气”相互作用机制分析:试验和初步数值模拟
    3.5. 本章小结
4. 统一的含气土弹塑性本构模型
    4.1. 模型公式
        4.1.1. 应力分量
        4.1.2. 应变分量
        4.1.3. 弹性行为
        4.1.4. 屈服函数
        4.1.5. 剪胀方程
        4.1.6. 流动法则
        4.1.7. 硬化准则和塑性模量
        4.1.8. 饱和基质弹塑性关系
        4.1.9. 气泡体变响应
    4.2. 模型参数标定
        4.2.1. 模型标定的标准试验程序
        4.2.2. 新模型参数与Atterberg界限的关系
    4.3. 模型验证
        4.3.1. 压缩特性
        4.3.2. 剪切特性
        4.3.3. 不排水抗剪强度
        4.3.4. 量化气泡对土体的损伤和加强效应:参数分析
    4.4. 本章小结
5. 基于含气土本构模型的圆柱孔扩张理论分析
    5.1. 圆孔扩张边值问题几何描述
    5.2. 弹性分析
    5.3. 弹塑性分析
    5.4. 弹塑性边界位置及应力
    5.5. 塑性区超孔隙压力
    5.6. 结果和讨论
    5.7. 本章小结
6. 结论与建议
    6.1. 结论
    6.2. 下一步工作建议
参考文献
作者简历



本文编号：3164291