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基于分形理论的土体物理力学性能试验研究

作　者: 王育刚
导　师: 应荣华
学　校: 长沙理工大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 土体物理性能指标土体力学性能指标分维数全压实曲线理论
分类号: U412.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,我国的高速公路建设已经处于快速发展的阶段。但是我国的高速公路在量的飞速提高的同时,相应的质却是不尽如意。虽然很多的学者分别从路面的材料和结构的设计以及路基的填料土体以及路基结构的设计进行了大量的研究,并且也取得了很多的研究成果,但是我国的公路的实际使用寿命还是大大短于设计使用的寿命。作为路基的原材料土体是整个公路的基础,但是土体作为长期的地质变化的产物具有很大的分散性和不规则性。对于土体的这种性质应用传统的欧氏几何学是很难研究清楚的。分形理论作为一种新兴的学科正好可以用来描述土体的这种性质。本文试验中的所有土样均是取自广西省南宁市的周边地区。分别对所取的土样进行了物理性能指标（土体的液塑限试验、土体的颗粒分析试验）的试验测定和土样的力学性能指标（土体的击实试验、土体的CBR强度试验）的测定。本文首先根据土体的颗粒分析试验的结果对于各个土样的质量分维数进行了求取,然后分析了土体中各种粒径的含量对于分维数的影响,得到了土体中的小于0.075mm的颗粒含量与土体的分维数之间具有良好的正线性相关性,而与土体中的粗颗粒和细颗粒的比例具有良好的负线性相关性;其次依据分维数分别推导出了《公路土工试验规程》中的评价土体的颗粒级配的指标不均匀系数和变异系数的关系式,将土体颗粒的评价指标由双指标统一到了单指标分维数上面来,简化了评价的复杂性并且提高了评价的准确性。本文引入的击实试验的全压实曲线理论与标准的击实试验曲线相比它的含水量的范围更广泛。通过引入全压实曲线中的四个参数S_max（最大的饱和度参数）、W_max（最大的含水量参数）、a（击实曲线的可压实区域指标参数）、b（击实试验曲线的形状参数）可以比较全面和深刻的理解击实试验的曲线。并且通过研究分别将这四个参数与土体的液塑限指标和土体的颗粒分析试验等物理指标之间建立起了一定的联系。最后分别分析了土体的质量分形维数和土体颗粒的粗细比例对于土体的强度指标CBR值影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 问题的提出及意义  10-12
  1.2 分形理论的产生和发展  12-14
  1.3 国内外研究概况  14-17
    1.3.1 国外关于分形理论的研究概况  14-15
    1.3.2 国内关于分形理论的研究概况  15-17
  1.4 本文研究内容  17-19
第二章分形理论概述及土体的分形特性  19-27
  2.1 概述  19
  2.2 分形几何发展的三个阶段  19-20
  2.3 分形的定义  20
  2.4 分形的几何特征  20-21
  2.5 分形的分维数  21-24
    2.5.1 分形维数的类型  22-23
    2.5.2 分形维数的求取方法  23-24
  2.6 土体颗粒的分形计算模型  24-26
    2.6.1 土颗粒的粒径分形维数计算  24-25
    2.6.2 土颗粒的颗粒表面分形维数计算  25-26
    2.6.3 土颗粒的质量分形维数计算  26
  2.7 小结  26-27
第三章土体的物理性能试验研究  27-40
  3.1 土体的物理性能试验研究  27
  3.2 原材料颗粒分析试验  27-29
  3.3 土壤颗粒分维数的研究  29-36
    3.3.1 土体颗粒分维数的计算  29-32
    3.3.2 分维数与各档颗粒含量的相关分析  32-35
    3.3.3 基于分维数的颗粒级配评价研究  35-36
  3.4 原材料的液塑限联合测定试验  36-39
    3.4.1 土颗粒的液塑限联合测定试验结果  36-39
  3.5 小结  39-40
第四章土体力学性能试验研究  40-59
  4.1 影响土强度的因素  40-41
    4.1.1 内部因素  40-41
    4.1.2 外部因素  41
  4.2 土体的击实试验研究  41-43
    4.2.1 标准击实试验简介  41-42
    4.2.2 颗粒级配对于压实性能的影响  42-43
    4.2.3 不同的击实功对于土体压实的影响  43
  4.3 土的全压实曲线理论的简介  43-49
    4.3.1 压实土体的最大饱和度与土体的液限指标的关系  46-47
    4.3.2 土体的压实曲线的形状参数与D_(60)/D_(30)的关系  47-48
    4.3.3 最大含水量与平均粒径lgD_(50) 的关系  48
    4.3.4 可压实区域指标与W_m-I_p 的关系  48-49
  4.4 全压实曲线的实际应用  49-50
  4.5 不同的击实功下土体的分维数与压实度研究  50-53
  4.6 不同压实功下的粗细比与压实度的研究  53-54
  4.7 土体CBR 试验研究  54-57
    4.7.1 土体的分维数与不同击实功下土体的CBR 强度的关系  55-57
    4.7.2 粗细比对于不同击实功下的CBR 强度值的影响  57
  4.8 小结  57-59
第五章结论及展望  59-61
  5.1 主要结论  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
附录A 攻读学位期间发表论文目录  65-66
文献综述  66-76
  参考文献  74-76
详细摘要  76-84

基于分形理论的土体物理力学性能试验研究

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