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砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）动力特性的试验研究

作　者: 王庶懋
导　师: 高玉峰
学　校: 河海大学
专　业: 岩土工程
关键词: 砂土与EPS颗粒混合的轻质土动荷载变形模量衰减强度细观结构结构性
分类号: TU411
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)是以砂土为原料土，以水泥为固化材料，EPS颗粒为轻质材料的一种新型土工材料，将几种组分按照不同配比进行混合、加水搅拌、压实后就可以得到不同特性的LSES，它在实际应用中不可避免地会受到动荷载作用，对其进行动力变形及强度特性的研究具有重要意义，本文的主要工作有如下内容：一、LSES的基本特性(1)探讨了在室内制备LSES试样的方法，并分析了其硬化机理。通过医用CT扫描设备研究了不同配比LSES的细观结构特点，认为LSES是一种结构性土工材料，并分析影响其原生结构性的主要因素；二、LSES的动变形特性(2)利用多功能三轴仪对EPS块体以及不同配比的LSES进行了室内动三轴试验，得到了LSES的动应力-应变关系。分析了水泥掺量、EPS颗粒含量、围压、循环次数对LSES模量衰减特性的影响，并根据EPS块体的动变形性状探讨了EPS的性质对LSES动变形特性的影响；(3)根据LSES模量衰减曲线的特点，提出了LSES中临界循环应力比的概念，据此将LSES的模量衰减特性分为平缓型和陡降型。通过分析大量的试验数据，建立了统一的剪切模量衰减经验公式，定量地反映了围压、循环应力比、循环次数、剪应变等因素对动剪切模量的影响，并给出了该经验公式在不同配比下的LSES的参数；三、LSES的动强度特性(4)基于LSES在动荷载下的应变增长曲线，得到了以应变表达的LSES动力破坏指标，并分析了影响其大小的主要因素。通过LSES的动强度试验，研究了水泥掺量、EPS颗粒含量、围压等因素对LSES动强度曲线的影响；(5)利用几何方法，分析了LSES陡降型模量衰减曲线，并结合模量衰减经验公式，得到了动强度N_f的经验表达式，继而研究了LSES的动摩尔圆及动强度包线特征，得到了不同配比的LSES在特定破坏周数下的动强度指标；(6)通过分析LSES中各组分的特性，指出了LSES与常规非饱和土在受力特点上的差异，由此探讨了LSES的动强度理论。四、动荷载下LSES的结构变化特性(7)详细讨论了LSES的结构性理论。结合动三轴试验和CT扫描试验，分析了LSES在动荷载作用下的细观结构变化特点，并通过比较细观结构状态参数和总观状态参数，全面分析了LSES的动变形及强度机理。

全文目录

前言  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-15
第一章绪论  15-32
  1.1 轻质土工材料简介  15-18
    1.1.1 概述  15
    1.1.2 轻质土工材料  15-16
    1.1.3 轻质土工材料在岩土工程中的应用  16-18
  1.2 轻质土工材料的应用现状  18-22
    1.2.1 EPS块体的工程特性及应用现状  18-21
    1.2.2 EPS颗粒混合轻质土的应用现状与工程实例  21
    1.2.3 气泡混合轻质土的应用现状与工程实例  21-22
  1.3 轻质土工材料的理论研究进展  22-30
    1.3.1 EPS块体的理论研究进展  22-25
    1.3.2 EPS颗粒混合轻质土的理论研究进展  25-28
    1.3.3 气泡混合轻质土的理论研究进展  28-30
  1.4 本文的主要研究工作  30-32
第二章砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)的基本特性  32-48
  2.1 试样的制备  32-37
    2.1.1 材料组成  32-35
    2.1.2 试样的制备及养护  35-37
  2.2 LSES的硬化过程  37
  2.3 LSES的密度  37-38
  2.4 LSES细观结构的CT研究  38-47
    2.4.1 CT技术简介及其在岩土工程研究领域中的应用  38-40
    2.4.2 试验概况  40
    2.4.3 CT扫描结果及分析  40-47
  2.5 本章小结  47-48
第三章砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)动变形特性的试验研究  48-94
  3.1 前言  48-51
  3.2 与LSES相关的材料的动力变形特性  51-63
    3.2.1 砂的动力变形特性  51-55
    3.2.2 胶结砂的动力变形特性  55-58
    3.2.3 EPS块体的动力变形特性  58-63
  3.3 LSES动变形特性的试验研究  63-92
    3.3.1 试验概述  63-64
    3.3.2 LSES的动变形特性  64-70
      3.3.2.1 动应力应变关系  64-66
      3.3.2.2 割线动弹性模量E_(sec)  66-70
    3.3.3 LSES临界循环应力比S_(th)的研究  70-78
      3.3.3.1 临界循环应力比和临界循环应变的研究进展  70-71
      3.3.3.2 LSES中S_(th)的存在及其影响因素  71-78
    3.3.4 LSES动剪切模量衰减模型  78-92
      3.3.4.1 第一周割线剪切模量G_(sec-1)与动剪应变的经验关系  78-82
      3.3.4.2 模量衰减系数δ与循环次数N的经验关系  82-90
      3.3.4.3 统一的模量衰减经验模型及验证  90-92
  3.4 本章小结  92-94
第四章动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)强度特性的试验研究  94-119
  4.1 前言  94-98
    4.1.1 土的强度理论概述  94-95
    4.1.2 土的动强度  95-98
  4.2 LSES的动力破坏标准和破坏指标  98-104
    4.2.1 土的动力破坏标准和破坏指标  98-99
    4.2.2 LSES的饱和特性  99-100
    4.2.3 LSES动力破坏标准和破坏指标的试验确定  100-104
  4.3 LSES的动强度试验研究  104-107
    4.3.1 LSES动强度试验简介  104-105
    4.3.2 LSES动强度特性的影响因素  105-107
  4.4 LSES破坏周数N_f的几何方法研究  107-111
    4.4.1 N_f的几何解  108-110
    4.4.2 动强度N_f几何解的试验验证  110-111
  4.5 LSES的动强度指标研究  111-113
  4.6 LSES动强度理论初探  113-118
  4.7 本章小结  118-119
第五章动荷载下砂土与EPS颗粒混合的轻质土(LSES)结构变化特性的细观分析  119-137
  5.1 前言  119
  5.2 LSES的结构性理论  119-123
    5.2.1 结构性理论概述  119-122
    5.2.2 LSES的结构性理论  122-123
  5.3 动荷载下LSES细观结构变化特性的CT试验研究  123-136
    5.3.1 试验概况  124
    5.3.2 细观结构状态参数  124-126
    5.3.3 ALDA/AROI的计算  126-129
    5.3.4 LSES结构变化特性的细观分析  129-136
      5.3.4.1 循环应力比的影响  129-130
      5.3.4.2 围压的影响  130-132
      5.3.4.3 循环次数的影响  132-133
      5.3.4.4 最薄弱截面  133-135
      5.3.4.5 细观状态参数和总观状态参数的比较  135-136
  5.4 本章小结  136-137
第六章结论与展望  137-141
  6.1 结论  137-139
  6.2 展望  139-141
参考文献  141-150
攻读博士期间发表及录用的学术论文  150-151
致谢  151

砂土与EPS颗粒混合的轻质土（LSES）动力特性的试验研究

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