圆柱形击实试件的剪切波传播特性及其波速测试方法研究

摘要

剪切波波速是描述土体工程性质的一项重要指标，能很好地反映岩土的动力学特性，在工程建设中应用广泛。目前，测试土体剪切波速度的方法主要有两种:原位测试法和室内测试法。前者能获得工程土体实际的剪切波传播速度，但其测试成本高、操作繁杂，能考虑的条件较为单一，且试验结果的适用范围较窄。室内测试法操作较为简单，可以进行参数化研究，并可以考虑不同的试验条件。但该方法常会受到剪切波换能器、试样尺寸、测试位置等因素的影响，从而难以获得土体的真实剪切波速值，阻碍了该方法在工程中的应用。鉴于此，本文依托于国家自然科学基金项目—基于三维波电场耦合全息成像的堤坝隐患诊断技术研究(51279219)，基于发明专利—一种室内击实试件的横波波速测试方法(201210075217X)和弹性波传播理论，提出圆柱形击实试件的剪切波传播特性及其波速测试方法研究。本文的主要研究内容和结论如下:
　　(1)基于弹性波传播理论，建立了分析弹性波在圆柱形击实试件中传播的三维有限元模型。基于该模型，分别计算了在不同加载频率、不同加载激励大小以及不同尺寸条件下模型中的波动。
　　(2)基于有限元计算结果，分析了加载频率、加载激励大小以及模型尺寸对剪切波传播的影响规律。结果表明，模型中的剪切波速度和波能衰减均随着加载频率的增大而增大，但总体来说，加载频率对剪切波传播的影响程度不大;瞬时激励大小对剪切波速度基本没有影响;直径0.2m是剪切波速度发生明显变化的转折点。若超过该直径，增大直径对剪切波速度的影响很小;若小于该直径，即使直径变化很小，剪切波速度也将明显增大，而且剪切波速度随着直径的改变几乎是呈线性变化。
　　(3)基于专利—一种室内击实试件的横波波速测试方法，制作不同干密度的击实试件并测试各试件中的剪切波速度，得到剪切波速度与干密度之间近似呈线性关系。采用超声波检测法测试了各击实试件的纵波速度，得到纵波速度与干密度近似呈线性关系。根据测试结果计算了土的弹性参数并进行了分析。
　　(4)综合数值模拟分析以及实测结果，对实测剪切波速度进行了修正，并提出了修正后的剪切波速度测试方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 波动理论的研究现状

1．2．2 剪切波速度测试的研究现状

1．2．3 剪切波速度预测的研究现状

1．2．4 剪切波速度应用的研究现状

1．3 本文的研究思路及内容

1．4 本文的研究技术路线

第二章 圆柱形击实试件中的剪切波传播理论分析

2．1 前言

2．2 土体在动力荷载作用下的力学状态

2．2．1 动力荷载作用下土体的受力

2．2．2 波动研究中对土介质的弹性与塑性的处理

2．3 土介质中的弹性波传播

2．3．1 线弹性应力应变关系

2．3．2 无限弹性介质中的弹性波传播

2．3．3 圆柱形击实试件中的弹性波传播

2．4 本章小结

第三章 圆柱形击实试件有限元模型的建立

3．1 引言

3．2 有限元模型的建立

3．2．1 ABAQUS简介

3．2．2 建立有限元模型的方法

3．3 有限元算法

3．4 模型后处理

3．5 本章小结

第四章 圆柱形击实试件中剪切波传播的数值模拟

4．1 引言

4．2 加载脉冲波对剪切波传播的影响分析

4．2．1 加载频率对剪切波传播的影响分析

4．2．2 瞬时激励对剪切波传播的影响分析

4．3 尺寸对剪切波传播的影响分析

4．3．1 分析模型

4．3．2 不同尺寸下的剪切波传播特点

4．3．3 位移时程曲线

4．3．4 尺寸影响效应分析

4．4 本章小结

第五章 圆柱形击实试件中剪切波速度测试的试验研究

5．1 引言

5．2 土的击实试验

5．2．1 准备试验土样

5．2．2 制备击实试件

5．2．3 试验结果分析

5．3 圆柱形击实试件的剪切波波速测试

5．3．1 剪切波速度测试的基本原理

5．3．2 剪切波波速测试

5．3．3 测试结果及分析

5．4 圆柱形击实试件的纵波速度测试

5．4．1 仪器安装及参数设置

5．4．2 纵波速度测试

5．4．3 实验结果分析

5．5 弹性参数计算

5．6 本章小结

第六章 圆柱形击实试件的剪切波速度测试方法修正

6．1 引言

6．2 修正实测剪切波速度

6．3 修正后的剪切波速度测试方法

6．4 本章小结

第七章 结论与建议

7．1 研究结论

7．2 进一步研究的建议

致谢

参考文献

在校期间发表的论文及取得的学术成果