振动作用下砂土模型孔压增长规律研究

发布时间：2020-05-04 17:20

【摘要】：黏土、砂土和砾土等岩土颗粒材料作为大量建筑物和构筑物的承载体广泛存在,在地震、爆破和机械动力等动载荷诱因作用下,饱和状态下的岩土颗粒材料极易发生液化,砂土液化常与孔隙水压力的积累有关,砂土材料内部孔隙水压力的上升可使砂土的有效围压下降,导致土体的强度和刚度降低,所以研究动载荷作用下砂土材料内部孔隙水压力的变化过程可评估土体的强度,于是本文通过振动台模型试验对砂土的动孔压进行了研究。动力作用下土体孔压的上升是颗粒骨架和孔隙水相互作用下的结果,本文首先通过颗粒的细观结构对孔压的变化规律进行了分析,根据砂土的不均匀系数大小,提出了等径均匀颗粒和不等径颗粒的细观骨架排列规则,依据颗粒排列规则对孔压变化规律进行了解释,分析得出:不均匀系数较小时,砂土颗粒的均匀程度高,颗粒初始细观排列结构存在的稳定排列结构和不稳定排列结构,在动载荷较小时,孔压主要受不稳定结构成分影响,在动载荷较大时,孔压也受到稳定结构成分影响;不均匀系数较大时,颗粒结构稳定程度较差,理论上砂土更易液化。本文也利用PFC~(2D)模拟了水沉法制作砂土模型的过程,包括均匀砂土模型和不均砂土模型,根据模型颗粒间接触价键,以等径颗粒为例,总结了颗粒的排列规则,一定程度上验证了孔压规律分析的合理性。本文总结了基于破坏参数的孔隙水压力增长模型,根据振动台试验的4种砂土在液化前的孔压比增长曲线,以N/N_L为变量对孔压S型曲线进行了拟合,对孔压S型曲线的三个增长阶段进行了分析,判断曲线的第二增长阶段最能代表孔压的增速程度,通过绘制孔压比与循环比N/N_L的关系拟合曲线的斜率曲线,分析了各砂土的孔压增速的快慢的依次顺序。本文根据振动台试验得到的孔压数据,基于PSO-SVM算法建立了孔压数据分类模型和回归模型,在孔压分类模型中,分类结果表明二分类情况下,数据分类准确率达到100%,在三分类情况下,测试集的预测准确率为83.3%,综合说明分类效果良好。在孔压回归模型中,其决定系数R~2达到0.95,回归效果良好。并根据敏感性分析原理,利用孔压回归模型作为孔压敏感性分析的数学模型,通过孔压敏感性分析得到了各影响因素对孔压的影响重要程度。
【图文】：

圆筒形容器,容器,试验所,目的

液化研究时采用的是箱式容器；但当试验最好是对称结构，而圆筒形容器即为完全受力性能好，并且圆筒形框架容器无边角的密实[64]，因此，圆筒形在砂土液化的振，本研究试验采用密封圆形容器作为模松砂的孔隙水压力增长规律研究中，，饱动，容器上部为自由空间，振动过程中孔下部的砂土孔隙中，由于模型尺寸较小积累和消散时间间隙非常小，甚至达到。而真实的砂土地层的厚度尺寸达到几十或黏土覆盖，真实地震动在地层中产生的空间，在此情况下，砂土的渗流模型中排采用的容器的上部自由空间采用活塞盖250

数据采集系统

传感器利用多晶硅材料的压力敏感特性，通过集成工艺在在压力膜制成压敏电阻，其灵敏度特性是金属材料的 50 多倍，通过微型化普通传感器也小很多。传感器通过将硅膜片在压力下的电阻值变化输出，通过标定实验得出：传感器的零点输出小，动态频响高，线适用于监测精度要求高的实际工程及受尺寸限制的室内模型试验。器的主要性能参数包括：测量范围-20~+20kPa，输出信号范围 0~5 2.5V），频率响应范围 0～10MHz，精度 0.5%。器数据采集过程如图 2-3 所示，传感器输出的电信号通过数据采集号到数字信号的转换，并将数值存入数据采集卡的寄存器内，然后数据采集卡公开的传输协议和寄存器进行通讯，最后对请求返回的的电压和水压力换算关系得出动态水压力数据，整个过程中稳压直采集卡和传感器进行供电。以上各硬件模块的组装和数据通讯处理个系统均通过自主开发完成，起到了经济实用的效果。传感器直流电源
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD311

【参考文献】