侧限条件下红砂岩土在循环冲击作用下的动态响应特性

摘要

由于红砂岩土在我国分布较为广泛，赣南地区山地表层存在着大量的红砂岩风化土，红砂岩填土地基作为现代岩土工程中一种比较广泛使用的地基形式，在施工的过程中对其冲击加固及后期使用中偶然荷载的扰动都将对土的动态力学特性产生很大的影响，但目前对于土体在这种冲击荷载作用下所产生的作用效应以及地基土的能量消耗等问题研究不足。就此本文采用试验与数值模拟相结合的方法，研究具有侧限的红砂岩土在循环冲击作用下的动态响应特性，得到如下主要结论：
　　（1）随着循环冲击次数的增加，比能量吸收值呈S递增型变化，土体所获得的吸收能用来挤压土中的气体和液体以及土体颗粒间的孔隙，使其土颗粒重新排列，内部结构重新分布，增强了红砂岩土体抵抗外界冲击力；干密度对红砂岩土比能量吸收值影响较大；当轴压不变时，冲击荷载与比能量吸收值呈正相关；当冲击荷载不变时，轴压与比能量吸收值呈负相关。
　　（2）随着冲击次数的增加，红砂岩土体所获得的累计吸收能不断增加，且随着干密度的增加累计吸收能的增长速度越快，即曲线越陡；并对累计吸收能的相关系数进行数据拟合，从而可以计算出该干密度下红砂岩土在某循环冲击次数下所对应的累计吸收能；利用相同的分析方法，可计算出红砂岩土在不同轴压和冲击荷载下的累计吸收能，通过累计吸收能的大小可以大致得知土体在循环冲击荷载作用下的加固程度，为工程实际提供相关数据。
　　（3）动态压缩强度和平均应变率呈负相关，且随着平均应变率的增大，无论是轴压还是冲击荷载的增大，动态压缩强度均在减小且逐渐“靠拢”；循环冲击过程中，随着冲击次数的增加，峰值应力在逐渐增大，呈S递增型曲线，而平均应变率在逐渐减小，呈S递减型曲线。
　　（4）借助大型通用有限元程序输出的应力与位移的大小，根据应力、红砂岩土试样体积变化量与能量之间的关系，通过人工编程积分，得到红砂岩土在冲击荷载作用下，吸收的能量大小，与试验结果比较接近。对于以后研究此类问题时，可以借助有限元程序模拟红砂岩土在高应变率下的动态力学特性及能量的吸收与传递规律。
　　本文利用动静组合加载装置，得到红砂岩土在循环冲击荷载作用下的力学特性参数，丰富了红砂岩土在动荷载作用下能量传播理论，综合对比分析红砂岩土能量耗散规律，为后续红砂岩土在循环冲击荷载作用下的加固研究做铺垫。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 技术路线图

第二章 静载条件下红砂岩土的抗剪强度参数

2.1 土的基本物理性质

2.2 试验方案

2.3 试验结果分析

2.4 本章结论

第三章 循环冲击荷载下赣州地区红砂岩土力学特性及能耗分析

3.1 循环冲击试验研究

3.2 循环冲击过程中应力波的特性

3.3 循环冲击试验力学特性分析

3.4 循环冲击试验能耗分析

3.5 本章结论

第四章 动静组合作用下红砂岩土的力学特性及能耗分析

4.1 动静组合试验研究

4.2 动静组合试验力学特性分析

4.3 动静组合试验能耗分析

4.4 本章结论

第五章 基于ABAQUS的红砂岩土数值模拟分析

5.1 材料的本构模型

5.2 ABAQUS中模型的建立和材料性质的定义

5.3 ABAQUS数值模拟的结果与试验结果的对比分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 未来研究展望

参考文献