在土木工程領(lǐng)域,土體作為大量工程結(jié)構(gòu)的承載體,頻繁地受到動(dòng)荷載作用,如地鐵隧道周邊巖土體、高速列車(chē)路基、地震作用下的邊坡等。土體受動(dòng)荷載作用下可能由固態(tài)向液態(tài)（流態(tài)）轉(zhuǎn)變,其承載力下降,并導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)含水砂土的液化問(wèn)題已做了大量的研究,但對(duì)于反映土顆粒相互作用機(jī)理的振動(dòng)流化現(xiàn)象仍缺乏深入的理解。本文基于振動(dòng)流化理論以及國(guó)外學(xué)者Taslagyan博士開(kāi)展的振動(dòng)直剪試驗(yàn)成果,以離散元軟件PFC^3D為平臺(tái),進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),通過(guò)大量的數(shù)值模擬,展開(kāi)無(wú)黏性干顆粒土的振動(dòng)流化特性研究。主要的研究工作如下:（1）根據(jù)依托試驗(yàn)和相關(guān)理論,分別建立了玻璃珠和粗砂試樣的振動(dòng)直剪試驗(yàn)三維離散元數(shù)值模型;為保證數(shù)值試驗(yàn)的準(zhǔn)確性,對(duì)顆粒的各細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;通過(guò)按一個(gè)周期分段施加墻體水平速度的方法實(shí)現(xiàn)上剪切盒的振動(dòng)模擬。（2）將數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)分析剪應(yīng)力、豎向位移、抗剪強(qiáng)度包線等參數(shù),研究試樣發(fā)生振動(dòng)流化的宏觀力學(xué)及變形特性。（3）數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性是展開(kāi)細(xì)觀分析的前提。針對(duì)模型的尺寸效應(yīng),考慮模型最小尺寸與顆粒最大粒徑之比,展開(kāi)對(duì)比建模分析... 

【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：109 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

隧道工程中各種振動(dòng)源

2危害性更大（圖1-2）。圖1-2液化災(zāi)害（a）日本新瀉地震；（b）美國(guó)阿拉斯加大地震與液化相近又有所區(qū)別的另一個(gè)概念為土體振動(dòng)流化（Vibrationalfluidization），指土顆粒在臨界狀態(tài)下受振動(dòng)而發(fā)生擾動(dòng)，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生流動(dòng)滑移面，抗剪強(qiáng)度急劇減校相比較液化，流化的發(fā)展較為緩慢，因此更具有潛伏性和難以預(yù)測(cè)性，從而可能會(huì)產(chǎn)生更大的危害。不同于砂土液化，在不含孔隙水的干砂中，振動(dòng)流化仍然有可能發(fā)生。例如：2008年汶川地震引發(fā)了20多萬(wàn)個(gè)不同規(guī)模的滑坡，其中干性砂土滑坡不在少數(shù)。自上世紀(jì)中期以來(lái)，諸多學(xué)者在振動(dòng)對(duì)土體強(qiáng)度和變形的影響領(lǐng)域取得了許多重要的成果，從一系列土體振動(dòng)試驗(yàn)中獲得了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)并得出很多重要結(jié)論。這些發(fā)現(xiàn)和結(jié)論為受動(dòng)荷載作用的不同工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了寶貴的試驗(yàn)依據(jù)與改進(jìn)意見(jiàn)。然而，對(duì)于受振動(dòng)時(shí)土顆粒之間的相互作用和剪切變形發(fā)展的力學(xué)機(jī)理的認(rèn)知和理解仍然處于初期狀態(tài)，因此對(duì)土體受振動(dòng)時(shí)抗剪強(qiáng)度和變形行為的研究，尤其是對(duì)于處在殘余抗剪強(qiáng)度狀態(tài)（即臨界狀態(tài)）的土體的振動(dòng)效應(yīng)研究，是很有必要的。如果存在可預(yù)測(cè)的大變形，對(duì)于某些大型工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（例如地鐵隧道、高速列車(chē)路基、土壩等），就必須考慮周邊土體的殘余抗剪強(qiáng)度特性。在這種臨界狀態(tài)下，一旦土體受到振動(dòng)，就有可能造成土體強(qiáng)度損失，從而導(dǎo)致過(guò)大的變形，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定�；谏鲜霰尘�，本文結(jié)合Taslagyan等[3-4]所做振動(dòng)直剪試驗(yàn)，以離散元軟件PFC3D為平臺(tái)，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)大量的數(shù)值模擬，展開(kāi)針對(duì)無(wú)黏性干顆粒土的振動(dòng)流化特性研究。（a）（b）

28圖3-1振動(dòng)直剪儀實(shí)物圖[4]振動(dòng)直剪試驗(yàn)主要裝置為改進(jìn)的應(yīng)變控制式振動(dòng)直剪儀，如圖3-2所示，改進(jìn)的地方主要包括在量力環(huán)與剪切盒中間添加了一個(gè)水平振動(dòng)激勵(lì)器以及多個(gè)傳感元件。當(dāng)下剪切盒剪切至試樣殘余抗剪強(qiáng)度狀態(tài)（臨界狀態(tài)）時(shí)，給上剪切半盒施加水平振動(dòng)，振動(dòng)的同時(shí)下剪切半盒繼續(xù)保持剪切狀態(tài)。圖3-2試驗(yàn)三維示意簡(jiǎn)圖試驗(yàn)材料為0.55mm玻璃珠、細(xì)砂和粗砂。試驗(yàn)顆粒放置于60×60×32mm的剪切盒中并壓實(shí)到一個(gè)相近的密實(shí)狀態(tài)，三種顆粒材料的級(jí)配分布如圖3-3所示。其中0.55mm玻璃珠為粒徑一致的理想光滑球體；細(xì)砂形狀不一且具有比較明顯的棱角（角細(xì)砂）；粗砂形狀不一但輪廓較為圓滑（圓粗砂）。將試件分別在8、23、36、50、118和200kPa的豎向應(yīng)力下，以下剪切盒0.61mm/min的剪切速率進(jìn)行測(cè)試，振動(dòng)階段頻率固定為60Hz。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果將為數(shù)值模型的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定以及后續(xù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值對(duì)比分析提供數(shù)據(jù)支持。具體的室內(nèi)試驗(yàn)過(guò)程詳見(jiàn)文獻(xiàn)[4]，在此不再贅述。


本文編號(hào)：3033091