基于顆粒接觸模型的砂土剪切波速研究.pdf

1、砂土的剪切波速是一個(gè)重要的土動(dòng)力學(xué)參數(shù)，它能夠反映出砂土骨架的結(jié)構(gòu)性，對(duì)砂土剪切波速的研究一直是土動(dòng)力學(xué)及巖土工程中的核心課題。在過去的幾十年中，許多學(xué)者得到了很多具有重要意義的研究成果，但是這些研究成果大多集中在宏觀范疇，而對(duì)于砂土甚至所有土體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)的研究逐漸成為土動(dòng)力學(xué)的研究重點(diǎn)。本文從砂土顆粒間的接觸入手，在顆粒接觸理論的基礎(chǔ)上對(duì)砂土剪切波速進(jìn)行研究。
　　 考察分析了實(shí)際砂土顆粒的表觀特征。對(duì)福建標(biāo)準(zhǔn)砂、杭州黃砂和人

2、工石英砂進(jìn)行篩分取樣，從每個(gè)樣本抽取一定數(shù)量的顆粒進(jìn)行電鏡掃描獲得顆粒二維圖像，計(jì)算出砂土樣本顆粒性質(zhì)的平均參數(shù)。砂土顆粒的粒徑在0.75-2mm之間，用肉眼是無法對(duì)其顆粒表觀特征進(jìn)行觀察的，借助于場(chǎng)發(fā)射電鏡掃描儀，砂顆粒可以被放大幾百至幾萬倍并形成掃描圖像被記錄下來。對(duì)這些圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)處理可以對(duì)砂顆粒的表觀特征進(jìn)行定量的描述，為后續(xù)的砂顆粒間接觸模型的推導(dǎo)提供必要的參數(shù)。
　　 處于不同地層深度的砂土由于自重應(yīng)力、附加應(yīng)力以及

3、孔隙比（密實(shí)度）的變化而使砂土顆粒間的接觸壓力不同，而顆粒的表觀特征的差異又會(huì)導(dǎo)致在接觸面上的接觸應(yīng)力的分布形式不同。綜合前人在對(duì)金屬球體的接觸問題上的研究成果，對(duì)砂土顆粒間的接觸模型進(jìn)行探討。在砂土顆粒表觀特征研究的基礎(chǔ)上，借助理論分析或數(shù)值模擬研究砂土顆粒間真實(shí)接觸面、接觸應(yīng)力分布在不同接觸壓力及粗糙度下的表達(dá)式，然后推導(dǎo)法向變形量、切向變形量的計(jì)算方法和表達(dá)式。在砂土顆粒接觸模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出砂土顆粒法向接觸剛度、切向接觸剛度的表

4、達(dá)式。
　　 在宏觀上將砂土介質(zhì)視為連續(xù)介質(zhì)，推導(dǎo)出砂土的等效剪切模量和剪切波速計(jì)算公式。對(duì)顆粒間接觸力、顆粒接觸點(diǎn)數(shù)、顆粒粒徑等等參數(shù)進(jìn)行平均化處理，在散粒體介質(zhì)的組構(gòu)及本構(gòu)關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，將砂土顆粒接觸模型與砂土的宏觀物理量聯(lián)系起來。
　　 通過試驗(yàn)和工程實(shí)例對(duì)本文提出的計(jì)算公式或者關(guān)系式進(jìn)行驗(yàn)證，并考察應(yīng)用效果。采用彎曲元剪切波速測(cè)試儀對(duì)不同類型的砂土進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)比其顆粒表觀特征對(duì)剪切波速的影響，并對(duì)理論公式