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上拔桩—桶基础的土体细观结构分析

作　者: 田桥
导　师: 刘文白
学　校: 上海海事大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 砂土桩-桶基础上拔荷载物理模型试验颗粒流模拟图像细观结构定量分析
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 123次
引　用: 3次
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内容摘要

由于微观结构是影响土体工程性质的一个重要因素，所以土体的结构研究已日益受到岩土工程界的重视，本论文将对砂土的细观结构变化进行研究。利用数字图像处理技术和一定的数理统计的方法，对砂土细观结构的图像进行定量和定性分析，获得两大部分的定量信息：第一部分为在上拔荷载作用下的桩-桶基础模型试验图像的土体细观结构性分析数据；第二部分为对在上拔荷载作用下对桩-桶基础周围的土体颗粒流数值模拟图像的细观分析结果。物理模型试验是对工程实际的再现，将基础模型按照实际基础同比例缩小进行实验，利用显微镜和数码相机拍摄土体的连续变化过程，得到的图像用MiVnt图像分析软件对土体的细观基本结构、土颗粒的方向性和土体孔隙比进行研究，颗粒基本结构的研究包括颗粒的面积、长短轴和偏心度，土颗粒的方向性主要是研究长轴与水平夹角的变化情况，以及研究分析区域土体孔隙比的变化特征，通过这些参数的变化来研究桩-桶基础在上拔作用下土体破坏前后的土颗粒特征。颗粒流方法是一种细观力学的分析方法及其数值途径，PFC^2D （Particle Flow Code in 2 Dimensions）即二维颗粒流程序。从研究散粒体介质的细观力学特征出发，使数值试样的力学响应逼近真实材料的力学性质。对在上拔荷载作用下桩-桶基础周围的土体颗粒流数值模拟图像进行细观结构分析，将颗粒接触点个数、孔隙比增量和土体表面起伏等结构要素作为评价指标，运用计算机图像处理技术和统计分析方法，对颗粒流模拟图像在不同等级荷载下的变形和强度进行了研究，对土体的细观结构作定量分析。最后将模型试验数据分析结论分别与颗粒流模拟分析结果和宏观力学现象作对比分析，结果表明，物理模型试验图像的细观结构的变化特征，反应了土体的宏观力学响应特性，表征了通过对土体的细观结构变化来反应土体破坏前后的强度和变形的可研究性。

全文目录

第一章绪论  8-17
  1.1 引言  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 上拔基础的研究现状  9-10
    1.2.2 土颗粒结构性的研究现状  10-12
    1.2.3 图像处理技术与数值模拟技术的研究现状  12-15
  1.3 本文研究的意义、内容及创新点  15-17
    1.3.1 本文研究的意义  15
    1.3.2 本文的主要工作内容  15-16
    1.3.3 本文的创新点  16-17
第二章上拔桩-桶基础模型试验及颗粒流数值模拟实验  17-37
  2.1 上拔桩-桶基础模型试验  17-23
    2.1.1 试验背景  17
    2.1.2 试验设备  17-20
    2.1.3 试验方法及步骤  20-23
    2.1.4 测点位置  23
  2.2 颗粒流模拟实验  23-30
    2.2.1 颗粒流理论  23-27
    2.2.2 土本构行为的颗粒流模拟  27-28
    2.2.3 上拔荷载作用下桩-桶基础的颗粒流模拟图像  28-30
  2.3 试验图像分析目的、内容及分析软件  30-37
    2.3.1 图像分析目的  30
    2.3.2 图像分析内容  30-33
    2.3.3 图像分析软件  33-37
第三章上拔桩-桶基础模型试验的细观分析  37-61
  3.1 模型试验图像  37-42
    3.1.1 加荷过程中拍摄的图片  37-41
    3.1.2 图像的分析区域  41-42
  3.2 模型试验图像数据统计及分析  42-59
    3.2.1 加荷过程中分析区域颗粒的基本形态  43-52
    3.2.2 加荷过程中分析区域颗粒的方向性  52-55
    3.2.3 土体的孔隙性  55-59
  3.3 小结  59-61
第四章颗粒流模拟图像分析及数据统计  61-77
  4.1 颗粒流模拟图像  61-68
  4.2 颗粒流数值模拟图像的统计分析  68-75
    4.2.1 颗粒流数值模拟图像的细观分析  68-69
    4.2.2 颗粒接触点数量的统计与分析  69-71
    4.2.3 孔隙比增量的统计与分析  71-73
    4.2.4 土体表面起伏状况的统计与分析  73-75
  4.3 小结  75-77
第五章上拔桩-桶基础土体细观结构与宏观力学现象关联性的分析  77-81
  5.1 模型试验和颗粒流模拟实验数据对比分析  77-79
  5.2 模型试验和宏观力学现象的对比分析  79-80
  5.3 小结  80-81
第六章结论与展望  81-84
  6.1 研究结论  81-83
    6.1.1 模型试验图像的细观分析  81-82
    6.1.2 颗粒流模拟实验图像的细观分析  82
    6.1.3 细观结构与宏观力学现象关联性的分析  82-83
  6.2 展望  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-87

上拔桩—桶基础的土体细观结构分析

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