浅谈砂土振冲细观土动力学研究及pfc2d程序仿真

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1、同济大学硕士学位论文砂土振冲细观土动力学研究及PFC2D程序仿真姓名：胡寅申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：周健20030301摘要振动水冲法，以下简称振冲法，加固软弱地基自上世纪30年代逐渐的开始广泛的应用，在我国，振冲法己经成功的应用于不同地区砂土和粉土的抗液化加固，由于振冲法相对于其他地基处理方法而言，省工省料，成本较低，有很大的经济优势，因此这种地基处理方法在我国有很大的发展前途。长期以来，对于振冲加固的机理研究表明，振冲加固地基主要体现在挤密效应、排水减压效应、预振效应和对粘土地基的置换方面。但

2、是限于研究手段的不足，这些机理研究很多停留于宏观假设的水平上，到底在振冲中砂土颗粒是如何运动的，所谓的砂土颗粒的高势能位置和低势能位置是怎样的，一直缺少有力的直接观察。本研究利用PFC”程序，从直接模拟砂土颗粒运动入手，研究了在简化的理想的2维条件下振冲的过程，发现均一粒径砂土振冲后存在明显的颗粒定向性，并定性研究了振冲频率、振冲加速度方向、颗粒形状等因素对于颗粒定向性的影响。为了验证计算机模型模拟的结论，我们还利用显微镜摄影对几类砂土进行了直接观察，并作了相应的试验，试验的结果可以支持模型计算得到的结论，即：在

3、振冲之后砂土存在定向排列的趋势，由于砂土颗粒的从排列定向性，使得砂土颗粒间接触面积增大，砂土颗粒间的接触应力减小，颗粒结构更加稳定，这是无填料振冲提高土体强度的原因所在。本文研究的意义在于为引入一种新的土动力学的研究视角而作的起步工作，由于图像分析能力的限制，本研究只能限于对图像的直接观察，无法通过一个或几个数学参数加以量化表达，同时2维计算和3维试验的结果之间必然存在一些出入，如何更有效的建立计算模型，以至于更进一步的将细观研究成果反映到宏观本构模型上去，这些都是需要后继的研究者做出大量工作的地方。关键词：振冲

4、、细观土力学、颗粒流、颗粒定向性AbstractVibrofloationmethod，thereaftercalledVibro，hasbeenwildlyusedinthefoundationimprovementsince1930’S．InChina，VibrohadbeensuccessfullyusedinthedifferentsiltandsandfoundationprojectsinvariousplacesaSananti—seismicliquefactionmethod．Comparedw

5、ithotherimprovement，theVibroCOSTSlessandiSmoreeconomical．ItiswildknownthattheeffectsofVibroonthetreatedsoilareasfollowing：compacting,draining,pre—vibroeffectsandreplacementofclayfoundation．Butduetothelimitedmeansofobservation，mostofresearchconcerningVibroarem

6、acro-hypothesis．Nodirectevidenceshadbeenprovidedofhowparticlesmoveandwhatthehigh—andlow—potentialpositionlooklike．WiththeaidofPFC”，weestablishedasandboxmodel．Fromthemodelsimulation，westudythe2一dimensionalVibroinidealsituations．Theunifotinsandparticleshavebeen

7、foundwithOrientationability：thesandparticleswillpackatapproximatelysamedirection．WegofurthertostudythefactorsthatinfluencetheOrientationabilitysuchasfrequency，directionofaccelerationandtheformofparticles．ToconfirmtheoutputofPF产oprogram．Weundertookthemicroscop

8、ephotographytoobservetheVibroinrealsands．TheresuItscansupporttheconclusionofcomputersimulation：theOrientationabilityexistinthesandafterVibro，andbecauseoftheOrientationability，thecontactar