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上拔荷载作用下桩周土的细观分析

作　者: 徐海侠
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: 砂土桩基础上拔荷载物理模型试验无标点数字照相细观结构定量分析
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在长期的工程实践中,人们发现土体的宏观工程性状在很大程度上受到微细结构的系统状态或整体行为的控制,复杂的物理力学性状是其微细结构特性的集中体现。本论文通过室内模型桩的上拔试验,得到细观分析图片,利用体视显微镜统计系统和数字图像处理技术,对砂土细观结构的图像进行定量和定性分析,得出桩在上拔荷载作用下土体破坏前后各项参数和各种应力、应变场的变化规律,并对这两种细观观测结果进行关联性分析,同时与宏观试验结果进行对比分析,结果表明图像的细观结构的变化特征与宏观力学响应特性具有很好的一致性。模型实验作为研究岩土力学性状的重要源泉,是把握岩土变形特性和建立、检验与改进岩土本构模型的必要手段,同时也为地基处理、隧道开挖和边坡支护等工程设计提供重要的参考依据。本论文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基础在上拔作用下土体破坏前后的土颗粒特征。无标点的数字照相变形量测系统是同济大学李元海博士等研究与开发的,适合于岩土模型变形量测的一种技术应用系统。该系统能根据数字图像基本组成元素的颜色,对连续拍摄的模型试验照片序列识别出与初始照片上设定的量测点的对应点。采用像素块的追踪算法完成位移的计算,而借用FEM四边形等参单元的概念进行应变的计算。本论文将利用该系统,追踪地基的渐进性变形与破坏过程,捕捉地基的变形模式、滑动剪切面位置形状和剪切带特征。为研究砂土在上拔荷载下的全场变形和局部化变形的产生、发展和演化特点进行了量测和定量分析。最后将MiVnt图像分析软件得到的结论与无标点的变形量测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

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-24
  1.1 研究课题的提出  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-22
    1.2.1 上拔基础研究现状  12-14
    1.2.2 土体细观结构研究现状  14-18
    1.2.3 细观分析软件及图像处理技术研究现状  18-22
  1.3 本文研究的意义、内容及创新点  22-24
    1.3.1 本文研究的意义  22
    1.3.2 本文的主要内容  22-23
    1.3.3 本文的创新点  23-24
第二章室内模型试验及图像分析系统的应用  24-53
  2.1 引言  24
  2.2 室内模型试验  24-32
    2.2.1 试验装置及材料  24-27
    2.2.2 试验方法及步骤  27-29
    2.2.3 试验要点  29-30
    2.2.4 标志点和测点位置  30-31
    2.2.5 试验的工作内容  31-32
  2.3 图像分析的目的、内容及分析软件  32-53
    2.3.1 图像分析的目的  32
    2.3.2 图像分析的内容  32-34
    2.3.3 图像分析软件  34-46
    2.3.4 图像测试结果  46-53
第三章室内模型试验的体视显微镜细观分析  53-83
  3.1 室内模型试验图像的前期处理及分析技术  53-57
    3.1.1 室内模型试验图像的前期处理  53-56
    3.1.2 图像分析技术  56-57
  3.2 室内模型试验的图像数据统计及分析  57-81
    3.2.1 加荷过程中分析区域颗粒的基本形态  57-77
    3.2.2 加荷过程中分析区域颗粒的方向性  77-78
    3.2.3 土体的孔隙性  78-81
  3.3 小结  81-83
第四章室内模型试验的无标点变形量测系统图片分析  83-108
  4.1 图像分析参数  83-84
  4.2 试验的场效果分析  84-106
    4.2.1 桩周土的位移场  84-94
    4.2.2 桩周土的应变场与剪切带  94-101
    4.2.3 桩周土的变形模式及分析  101-106
    4.2.4 变形分叉现象  106
  4.3 小结  106-108
第五章细观分析结果与宏观特性相关性分析  108-113
  5.1 宏观特性试验分析  108-109
  5.2 MiVnt图像分析结果与宏观特性试验相关性分析  109-110
  5.3 无标点变形量测分析结果与宏观特性相关性分析  110-111
  5.4 MiVnt图像与无标点变形量测结果相关性分析  111-112
  5.5 小结  112-113
第六章结论  113-116
  6.1 结论  113-115
    6.1.1 模型试验图像的细观分析  113
    6.1.2 数字图像变形量测分析  113-114
    6.1.3 宏观结论与细观分析结果相关性分析  114-115
  6.2 问题与展望  115-116
致谢  116-117
参考文献  117-120

上拔荷载作用下桩周土的细观分析

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