基于渐进均匀化方法的土工格室材料设计与应用

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1、学校代码10530学号201510181937分类号TU42密级公开硕士学位论文基于渐进均匀化方法的土工格室材料设计与应用学位申请人潘婷指导教师印长俊副教授学院名称土木工程与力学学院学科专业结构工程研究方向土与结构相互作用二〇一八年五月DesignandApplicationofGeocellMaterialBasedonAsymptoticHomogenizationMethodCandidatePanTingSupervisorAssociateProfessorYinChangjunCollegeCollegeofCivilEn

2、gineeringandMechanicsProgramStructuralEngineeringSpecializationInteractionofSoilandStructureDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了本文特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集

3、体，均已在本文以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日基于渐进均匀化方法的土工格室材料设计与应用摘要土工格室作为一种三维加筋材料目前已广泛应用于

4、土木、交通、水利和港口航道等领域。在交通领域，土工格室加筋层是一种能够有效提高路基力学性能的复合体，其力学参数与土工格室的材料设计有直接关系。许多学者为探究土工格室加筋层的力学性能，对其进行了大量的室内外宏观试验研究。而相对于室内外宏观试验，多尺度方法具有从宏、细观尺度探究非均质复合材料力学性能的优势。作为一种具有严格数学基础的多尺度方法，渐进均匀化方法被用来分析土工格室加筋层的力学性能，可为土工格室的材料设计与应用提供理论依据。本文主要研究内容与结论如下：首先介绍了渐进均匀化方法应用于土工格室加筋层力学性能研究的一般过程。从周期性分

5、布复合材料的代表体积单元着手，明确了土工格室加筋层等效弹性模量分量与杨氏模量、泊松比和剪切模量的换算关系。其次，分别建立针对土工格室45°铺设方式和0°铺设方式代表体积单元，利用渐进均匀化方法计算加筋层杨氏模量、泊松比和剪切模量，分别与试验测得的试验结果进行对比，结果表明：渐进均匀化方法可用来计算三维土工格室加筋层的杨氏模量，且结果可靠；土工格室的铺设方式对加筋层的杨氏模量、泊松比和剪切模量均有很大影响，并且格室45°铺设方式由于0°铺设方式。加筋层水平方向的泊松比分量为负值，证明两种铺设方式的土工格室加筋层具有负泊松比特性。最后，利

6、用渐进均匀化方法计算得到的各向异性材料参数与参考试验方法得到的各向同性材料参数，分别针对土工格室在路基中不同的铺设方式和埋设深度建立参考试验路基模型并进行数值模拟，结果表明土工格室铺设方式和埋设深度均对路基变形产生影响。关键词：土工格室；渐进均匀化方法；材料设计；多尺度；负泊松比I湘潭大学硕士学位论文AbstractAsathree-dimensionalreinforcementmaterial,geocellhasbeenwidelyusedincivilengineering,transportation,waterconser

7、vancyandportnavigation.Inthefieldoftraffic,geocell-reinforcementisacomplexthatcaneffectivelyimprovethemechanicalpropertiesofthesubgrade,anditsmechanicalparametersaredirectlyrelatedtothema-terialdesignofthegeocell.Manyscholarshaveconductedalargenumberofindoorandoutdoorma

8、croscopicexperimentstoinvestigatethemechanicalpropertiesofthegeo-cell-reinforcement.Comparedwithindoorandoutdo