基于弯曲元的干砂剪切波动力响应研究开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1目的及意义

颗粒固体在自然界和人们的生产生活中广泛存在,自从上世纪末开始,人们对颗粒物质展开了深入的研究,认识到颗粒固体体系是一类不同与通常固体的物质聚集体。在颗粒固体体系中分布着强度各异的力链结构,并且强力链的分布具有各向异性的特征,但却承担了体系大部分的力;强力链上的颗粒的位置稍微的变化都可能导致体系宏观性质的变化。颗粒固体对外界荷载的传递是沿力链传递的,并非像液体是均匀传递的。由于组成颗粒固体体系的颗粒间相互接触构成的网络结构和力链结构的非线性、敏感性、复杂性,在实验和理论方面,对其动力学和机理还有待更进一步的探索,也有利于人们对地震、山体滑坡等灾难形成的机制的理解。

我国的国土面积占世界7%却承受全球33%的大陆强震,是大陆强震最多的国家,同时也是世界上地震灾害最严重的国家。砂土作为一种颗粒材料广泛存在于自然界,其作为各类工程的地基,可能会受到地震荷载作用。地震荷载在岩土介质中主要通过地震波的方式传播,而剪切波又是造成砂土液化、震陷,引起建筑物失稳与破坏的重要影响因素。

虽然以往的研究对砂土的动力特性进行了大量的试验和理论研究,仍存在很多不足之处。影响砂土动力特性最主要的因素即为动模量和阻尼比。以往的研究多侧重于砂土宏观地震荷载响应特性的研究,而较少研究地震剪切波在砂土中传播的过程研究,尤其是波在砂土颗粒固体介质中传播的微观分析更少有报道。探讨剪切波在砂土颗粒体系中传播的宏细观响应机制,厘清波动如何通过力链体系进行传播与能量耗散的过程,对于深入理解砂土小应变宏观动力响应和地震波传播的细观机理具有重要理论意义和价值。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容及目标

以纯净干砂为基本研究对象,首先从原理、构造方面详细的分别对共振柱和弯曲元测定土体动参数的基本原理进行介绍,针对两种不同方法测定的并指出两种测试方法的优点与局限性,阐明开发弯曲元—共振柱仪联合试验仪的必要性以及理论基础;基于新研发的弯曲元—共振柱联合试验仪,对弯曲元法测试土体小应变参数提出合理化建议,并利用弯曲元—共振柱联合试验仪对福建标准砂干砂的小应变动力特性开展研究。

基于室内弯曲元共振柱—共振柱试验现象,结合pfc3d离散元分析程序,建立宏观试验的细观模型,采用尺寸等条件保持完全一致的情况下进行建模,对弯曲元宏观试验进行对比分析,并与导师进行探讨后确定影响干砂中剪切波传播的主要影响因素,并对其影响程度进行分析。

2.2 技术方案及措施

2.2.1 验证弯曲元共振柱联合试验仪的合理性

首先,利用干砂分别进行共振柱试验和弯曲元试验,利用共振柱试验得到的波速计算出相应的剪切波在材料中传播的时间,以和弯曲元试验得到的剪切波传播时间进行标定。原因在于:

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3. 研究计划与安排

第1-2周。整理及查阅波在松散颗粒介质体系中传播相关中英文资料,在导师的指导下,学习共振柱-弯曲元联合测试试验系统,厘清研究内容和研究方法。

第3-5周。完成毕业论文的开题报告,总结现有的研究方法和成果,完成文献综述撰写工作。

第6-7周。与导师讨论后确定试验方案,开展干砂剪切波动力响应特性的试验研究。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]bai l. preloading effects on dynamic sand behavior by resonant column tests[j]. 2011.

[2]youn j u, choo y w, kim d s. measurement of small-strain shear modulus gmax of dry and saturated sands by bender element, resonant column, and torsional shear tests[j]. canadian geotechnical journal, 2008, 45:1426–1438.

[3]souto a, hartikainen j, ozudogru k. measurement of dynamic properties of road pavement materials by the bender element and resonant column tests[j]. géotechnique, 1994, 44(3): 41–49.

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