西域砾岩结构特性及力学特性的试验研究

发布时间：2017-09-19 12:42

  本文关键词：西域砾岩结构特性及力学特性的试验研究

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【摘要】：摘要：西域砾岩属第四系最新成岩地层,广泛分布于塔里木盆地周缘、天山南麓和昆仑山北麓山前盆地中,其工程特性主要表现为：结构组成差异大,颗粒级配不均匀；胶结性能不稳定；室内外试验结果离散性强,力学参数难确定。随着新疆地区大规模开展水利水电工程建设,西域砾岩工程特性研究显得必要而迫切,本文在借鉴与西域砾岩类似岩土体研究方法基础上,开展室内物理力学试验,综合利用物相分析方法、分形几何理论、数字图像处理技术、离散元数值模拟等方法,旨在探明西域砾岩变形破坏行为及劣化机理,揭示其细观结构特征及粒度分形规律,分析西域砾岩细观破坏特征及抗剪强度影响因素。本文主要工作内容和研究成果如下：(1)通过室内筛分试验,获得西域砾岩颗粒级配特征曲线,围绕其微结构自相似性,建立分维计算模型,并探究“粗粒”含量与平均分维值之间的关系,结果表明西域砾岩粒度组成具有良好的自组织特性。采用XRD与XRF试验研究不同分布类型胶结物成分差异,研究成果有助于揭示西域砾岩颗粒分布规律。(2)西域砾岩结构组成是影响其工程特性的重要因素,获取西域砾岩断面数码照片,基于数字图像处理技术,利用图像分割剔除无关信息,获得二维意义下西域砾岩细观结构模型；利用边缘检测、特征测量方法,快速、精确获取闭合图像几何形态参数,结合分形几何理论对西域砾岩内部块石分布、棱角性、定向性等进行统计分析。(3)针对西域砾岩复杂力学特性,进行室内中型剪切试验,获得西域砾岩抗剪强度参数,整理西域砾岩在直剪试验中表现出的三种典型剪应力——剪切位移曲线,依据破坏后试样形态对其进行了相关分析。(4)采用颗粒流程序模拟西域砾岩直剪试验,观察试验过程中西域砾岩细观破坏过程,有助于加深对其力学行为的认识,着重分析“粗粒”含量及“细粒”粘结强度对西域砾岩宏观抗剪强度的影响。
【关键词】：西域砾岩 分维特性 数字图像处理 力学特性 颗粒流程序
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-22
• 1.1 课题工程背景及研究意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 西域砾岩地质成因研究14
• 1.2.2 与西域砾岩性能近似岩土体研究现状14-20
• 1.3 本文主要研究内容及方法20-22
• 2 西域砾岩颗粒分布特征研究22-42
• 2.1 西域砾岩微结构的自相似性22-23
• 2.2 西域砾岩基本粒度组成23-26
• 2.3 分形几何理论26
• 2.4 西域砾岩粒度分维计算模型26-27
• 2.5 西域砾岩粒度分形数据处理27-30
• 2.6 西域砾岩粒度分形特征分析30-35
• 2.7 胶结物成分物相分析35-40
• 2.7.1 试验方法简介36-37
• 2.7.2 试验结果与分析37-40
• 2.8 小结40-42
• 3 基于数字图像处理的西域砾岩细观结构研究42-60
• 3.1 数字图像技术概述42-44
• 3.2 数字图像处理常用方法44
• 3.3 本文所采用的数字图像处理方法44-48
• 3.3.1 图像增强44-46
• 3.3.2 OSTU图像分割46
• 3.3.3 图像形态学处理46
• 3.3.4 几何特征提取46-48
• 3.3.5 像素与实际尺寸的转换48
• 3.4 西域砾岩细观结构特征48-58
• 3.4.1 西域砾岩块石粒度特征研究48-49
• 3.4.2 西域砾岩块石分布分维研究49-50
• 3.4.3 西域砾岩块石形态特征研究50-58
• 3.4.4 西域砾岩块石定向性特征58
• 3.5 小结58-60
• 4 西域砾岩室内中型剪切试验研究60-78
• 4.1 室内中型剪切试验过程60-64
• 4.1.1 试样选取60-61
• 4.1.2 试验方案61
• 4.1.3 试样制备61-62
• 4.1.4 试样安装及剪切62-64
• 4.2 试验数据处理64-67
• 4.3 试验结果分析67-77
• 4.3.1 联合进水口组67-69
• 4.3.2 溢洪道右岸组69-71
• 4.3.3 溢洪道左岸组71-73
• 4.3.4 典型曲线分析73-76
• 4.3.5 变形及强度影响因素简要分析76-77
• 4.4 小结77-78
• 5 基于PFC2D的西域砾岩数值试验研究78-100
• 5.1 离散单元法简述78-82
• 5.1.1 离散元法基本思想78-79
• 5.1.2 离散元法基本原理79-80
• 5.1.3 颗粒流数值模拟(PFC)基础理论80-82
• 5.2 西域砾岩直剪试验数值模拟82-86
• 5.2.1 选定颗粒参数82-84
• 5.2.2 直剪试验数值模拟84-86
• 5.3 数值试验分析86-98
• 5.3.1 西域砾岩细观破坏过程86-95
• 5.3.2 西域砾岩剪切强度影响因素95-98
• 5.4 小结98-100
• 6 结论与展望100-102
• 6.1 主要结论100-101
• 6.2 展望101-102
• 参考文献102-108
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果108-112
• 学位论文数据集112

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本文编号：881715