岩土论文提纲

论文题目：岩土散体介质固态—流态临界转化力学机理研究

摘要：岩土散体介质中存在大量离散的固体颗粒,就单个颗粒而言,其遵循固体力学的应变特性和刚体力学的运动特性;从整个颗粒体系来看,在临界条件下又表现出固态-流态转化的力学特点。从颗粒角度出发,研究由于颗粒接触形成的细观结构特点,以及统计意义上的宏观力学性质,建立不同尺度之间的联系。这样的基础研究,不论对于地下工程建设,还是地质散体灾害防治,都是至关重要的。对岩土散体介质固态-流态转化行为进行多尺度研究,更能对地质灾害的形成、演化及致灾机理产生新的认识,也有助于提高预警调控水平。本文通过理论分析、室内光弹实验、数值模拟等方法,系统地研究了岩土散体介质的固态-流态转化过程中的界面、宏细观力学特征以及临界条件,并通过实例分析对地质散体滑坡灾害的形成、演进和致灾机理进行阐释。本论文主要从以下方面展开研究:（1）通过颗粒体双轴压缩颗粒流动光弹实验,分析了固态-流态转化界面特征及荷载传递方式。发现其分界面呈拱形,以力链拱为标志,颗粒体出现两种不同状态,位于拱下的颗粒体处于固态-流态转化状态,位于拱上的颗粒体处于固态稳定区域。（2）通过水平双轴压缩和剪切光弹实验,分析了颗粒体受力与接触演化过程,其在受到剪切后应力逐渐增加,平均接触数也逐渐增加,增加速度与体积分数有关。体积分数越低,颗粒体受力和接触数增加越慢。（3）结合二维颗粒体系的剪切光弹实验,分析了基于平均接触数和主应力差的颗粒体固态与流态相互转化临界条件,给出了发生固态-流态转化的体积分数范围。（4）通过纯剪切及双轴压缩颗粒流模拟实验,分析了体积分数和围压等对颗粒体宏观力学行为的影响,提出了固态-流态转化临界状态方程,阐明了体积分数可作为固态-流态转化的预测参数。（5）结合实际工程滑坡背景进行数值模拟,分别对边坡在自然状态下、仅开采扰动条件下、开采与强降雨共同作用下的位移场、破坏场、力链场等进行分析,发现了边坡的局部体积分数、平均接触数等在不同工况下的时空演化规律,为滑坡预警提供了一种新的判据。

关键词：岩土散体介质;固态-流态转化;光弹实验;力链;体积分数

学科专业：土木工程

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究意义及背景

1.2 文献综述与研究内容

1.2.1 岩土散体介质固态-流态转化

1.2.2 颗粒接触模型

1.2.3 颗粒力学研究技术发展

1.3 主要研究内容与技术路线

2 岩土散体介质固态-流态转化界面识别

2.1 颗粒流动光弹实验仪与实验材料

2.2 固态-流态转化过程中的力链网络演化

2.3 固态-流态转化界面迹线方程

2.4 固态-流态转化界面受力及稳定性分析

2.4.1 底部颗粒流动形成的力链拱受力分析

2.4.2 底部颗粒流动形成的力链拱稳定性分析

2.4.3 横向颗粒流动形成的力链拱受力及稳定性分析

2.5 固态-流态转化局部体积分数分布特征

2.6 本章小结

3 岩土散体介质固态-流态转化临界指标

3.1 光弹实验前期准备

3.1.1 单颗粒标定实验

3.1.2 光弹颗粒摩擦系数测量实验

3.1.3 图像处理技术

3.2 各向同性双轴压缩光弹实验

3.3 散体介质纯剪切光弹实验

3.3.1 纯剪切颗粒体力学响应

3.3.2 纯剪切颗粒位移场

3.4 体积分数变化对散体介质剪切力学行为的影响

3.4.1 体积分数变化模式

3.4.2 体积分数变化对力学响应与接触网络的影响

3.5 本章小结

4 岩土散体介质固态-流态互相转化临界条件

4.1 发生固态-流态转化的临界体积分数

4.2 基于双轴光弹实验的固态-流态转化临界应力

4.2.1 散体介质双轴实验中的应力应变关系

4.2.2 散体介质固态-流态转化临界应力

4.3 本章小结

5 岩土散体介质固态-流态转化宏观力学行为

5.1 岩土散体介质纯剪切数值模拟

5.2 岩土散体介质双轴压缩数值模拟

5.2.1 初始体积分数对散体介质双轴压缩力学性质的影响

5.2.2 初始围压对散体介质双轴压缩力学性质的影响

5.3 岩土散体介质固态-流态转化临界状态方程

5.4 本章小结

6 岩土散体介质固态-流态转化——滑坡实例

6.1 自然状态下边坡变形特征及力链网络

6.2 岩土散体介质的固态-流态转化

6.2.1 仅开采扰动时边坡岩土体变形特征及其内部力链网络演化

6.2.2 开采扰动与强降雨共同作用时边坡岩土体固态-流态转化

6.2.3 边坡局部体积分数的时空演化规律

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 研究结论

7.2 创新点

7.3 研究展望

参考文献

作者简历及在学研究成果