非饱和土的土水作用微观机理模拟分析

发布时间：2017-10-02 18:37

  本文关键词：非饱和土的土水作用微观机理模拟分析

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【摘要】：宏观尺度下,非饱和土的研究取得了大量成果,形成了系统的理论和测试技术。在微观尺度下探究非饱和土各相介质及其相互作用为揭示非饱和土力学行为的本质提供了方向。然而现有的试验手段和技术并不能获取土样足够的微观尺度下的信息,而数值试验可以规避微观探测的困难。本文根据非饱和土力学中的毛细理论,将毛细水和土骨架的作用应用于非连续变形分析中,提出了一个能同时计算土骨架非连续变形和土水相互作用的数值方法,记为DDA-CAP。在DDA-CAP中,根据毛细水的性质,做出了一些假设来保证毛细水的分布情况是唯一确定且可求的。先通过找液面圆心轨迹交点的方法得到两个单元之间可能的毛细水液面,筛选掉不合理液面后得到两个单元之间可形成的毛细水液面。再以两个单元之间的毛细水分布为基础,通过简化处理相交或相覆盖液面,得到多单元系统的毛细水分布图像。根据画出的毛细水分布图像获得毛细水的体积,进而利用土水特征曲线的单调性试算获得液面曲率半径和基质吸力。根据基质吸力和毛细水分布情况计算毛细力,将毛细力作为边界条件加到不连续变形分析方法(DDA)计算程序中就得到DDA-CAP。建了一个粒径范围涵盖粘粒和粉粒的140个单元的非饱和土模型,用DDA-CAP对其进行压缩试验模拟,得到了土样在不同压缩阶段的土水特征曲线、毛细力随基质吸力变化曲线等数据。结果表明:若土骨架颗粒间全是点接触,则毛细力不会一直随着含水率降低而升高,当有一定比例的面接触时,毛细力会随着含水率降低而一直升高。比较压缩试验不同阶段的土骨架模型的变化和对应的土水特征曲线的变化,结果表明孔隙比及孔隙的性质对土水特征曲线有较大影响。取得的这些数据和结论说明DDA-CAP用于土水作用的微观模拟是可行的。
【关键词】：非饱和土 微细观结构 毛细水 数值实验 DDA
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究意义10
• 1.2 研究现状10-15
• 1.2.1 非饱和土研究现状10-11
• 1.2.2 实验研究现状11-12
• 1.2.3 非饱和土细观数值实验研究现状12-15
• 1.3 现有研究的不足15-16
• 1.4 研究内容和技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16
• 1.4.2 技术路线16-18
• 第二章 非饱和土中的毛细水18-23
• 2.1 毛细水的性质18-21
• 2.1.1 表面张力18-19
• 2.1.2 接触角19-20
• 2.1.3 Young-Laplace方程20
• 2.1.4 Kelvin方程20-21
• 2.2 毛细水对土颗粒的作用21-23
• 第三章 DDA-CAP程序算法23-37
• 3.1 DDA基本原理23-25
• 3.1.1 块体的位移和变形23
• 3.1.2 二维情况块体系统平衡方程23-24
• 3.1.3 块体系统运动学理论24-25
• 3.2 DDA-CAP中关于毛细水的假设25
• 3.3 毛细水相关程序流程图25-26
• 3.4 单元的边与角点对应的液面圆心轨迹26-28
• 3.5 圆心轨迹交点法找可能的液面位置28-29
• 3.6 液面筛选-删除双单元系统内不合理液面29-32
• 3.6.1 不稳定液面29-30
• 3.6.2 接触点上所挂液面30-32
• 3.6.3 拉断液面32
• 3.7 多单元系统内不合理液面的处理32-33
• 3.8 计算毛细水体积33-34
• 3.9 计算液面曲率半径34-35
• 3.10 计算毛细力35-37
• 第四章 程序应用——数值模型试验37-49
• 4.1 模型设计37-39
• 4.1.1 土样盒设计37
• 4.1.2 土颗粒模型设计37-39
• 4.1.3 单元变形性质和表面性质设定39
• 4.2 试验设计39-40
• 4.3 试验结果和分析40-49
• 4.3.1 初始状态土水特征曲线40-42
• 4.3.2 初始状态毛细力随基质吸力变化曲线42-44
• 4.3.3 压缩试验44-47
• 4.3.4 试验结束时毛细力随基质吸力变化曲线47-49
• 第五章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49
• 5.2 需要进一步做的工作49-51
• 参考文献51-54
• 攻读学位期间取得的研究成果54-55
• 致谢55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李同录;王红;付昱凯;梁燕;;黄土垂直节理形成机理的试验模拟[J];地球科学与环境学报;2014年02期

2 陈正汉;;非饱和土与特殊土力学的基本理论研究[J];岩土工程学报;2014年02期

3 刘东燕;侯龙;郑志明;;水位变动对库区边坡稳定性的影响机理研究[J];地球与环境;2012年01期

4 董金玉;杨继红;孙文怀;黄志全;王东;杨国香;;库水位升降作用下大型堆积体边坡变形破坏预测[J];岩土力学;2011年06期

5 王朝阳;许强;倪万魁;刘海松;;非饱和原状黄土的非线性损伤本构模型研究[J];岩土力学;2010年04期

6 郭培玺;林绍忠;;粗粒料力学特性的DDA数值模拟[J];长江科学院院报;2008年01期

7 陈正汉;孙树国;方祥位;周海清;谢云;;非饱和土与特殊土测试技术新进展[J];岩土工程学报;2006年02期

8 张国新,李广信,郭瑞平;不连续变形分析与土的应力应变关系[J];清华大学学报(自然科学版);2000年08期

9 高国瑞;黄土湿陷变形的结构理论[J];岩土工程学报;1990年04期

10 苗天德,王正贵;考虑微结构失稳的湿陷性黄土变形机理[J];中国科学(B辑 化学 生命科学 地学);1990年01期

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本文编号：961228