砂土颗粒微观多尺度特征的动力特性研究

Granular soils are the most widespread media which exists in natural and man-made world. The microscopic characterizations reflect the origin, transport and deposition environments. In practices, the granular soil and its engineering properties are categorized by the particle size distribution curve without considering the multi-scale of the particle shape. This study plan to investigate relationship between dynamic behavior and microscopic characteristics. Firstly, the granular soils with typical particle shape will be collected; Secondly, the microscopic investigation is conducted to obtained sphericity, roundness and roughness by micro-photograph technique, optical interferometer. Thirdly, Resonant Column Test and Cyclic Triaxial Test are run to obtain the shear modulus, damping ratio and pore pressure accumulation and dissipation curves. Based on the test above, parameter estimation theory, sensitivity analysis, regression theory are used to establish the analytical model incorporated by the three scales of particle shape. Furthermore, The results will fill the gap between the macro-mechanics and micro-mechanics. This study can not only predict the dynamic behavior of granular soils from microscopic view, but also categorized the granular soil more scientifically and completely, which can provide accurate parameter for numerical analysis.

砂土作为自然界和工程界分布最广泛的介质之一，其微观特征反映了砂土颗粒经历的的不同起源、搬运及沉积环境。在工程实践中砂土的基本性质主要依据于砂土颗粒级配曲线，往往没有考虑多尺度的颗粒特征对砂土工程性质的影响。本研究拟采集典型微观特征的砂土，通过显微照相技术、干涉显微镜等微观实验，利用统计分析，确定砂土颗粒特征的三个尺度；通过动三轴和共振柱动力实验，研究典型颗粒微观特征的砂土在全应变范围内的动力响应，确定动弹性模量和阻尼比；基于试验结果，确定砂土颗粒特征的三个尺度对对动力行为影响的权重；利用敏感性分析、参数估计和回归理论方法，建立考虑微观特征的砂土的动力特性理论模型；揭示微观尺度的宏观力学特性。本项目研究结果不仅更加准确预测工后砂土地基的动力特性，而且可以加深砂土的动力特性认识，进一步细化砂土的分类标准，为规范修订提供理论依据，为数值分析提供准确的计算参数

砂土作为自然界和工程界分布最广泛的介质之一，其微观特征反映了砂土颗粒经历的的不同起源、搬运及沉积环境。在工程实践中砂土的基本性质主要依据于砂土颗粒级配曲线，往往没有考虑多尺度的颗粒特征对砂土工程性质的影响。本研究拟采集典型微观特征的砂土，通过显微照相技术、干涉显微镜等微观实验，利用统计分析，确定砂土颗粒特征的三个尺度；通过动三轴和共振柱动力实验，研究典型颗粒微观特征的砂土在全应变范围内的动力响应，确定动弹性模量和阻尼比；基于试验结果，确定砂土颗粒特征的三个尺度对对动力行为影响的权重；利用敏感性分析、参数估计和回归理论方法，建立考虑微观特征的砂土的动力特性理论模型；揭示微观尺度的宏观力学特性。本项目执行过程中，发现1、颗粒形状对小应变剪切模量的影响十分显著，并对现有的微观模型进行了验证，并提出改进意见；2、发现颗粒形状及沉积方式对土的抗液化性能影响十分显著，并在离心机试验中进行了验证；3、利用pfc离散元技术搭建了空心扭剪试验平台，从微观角度解释了剪切带的形成及试样破坏的整个过程，并对砂土的各向异性和非共轴现象进行了定量研究。.本项目研究结果不仅更加准确预测工后砂土地基的动力特性，而且可以加深砂土的动力特性认识，进一步细化砂土的分类标准，为规范修订提供理论依据，为数值分析提供准确的计算参数。