粒状土颗粒破碎机理的试验研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文粒状土颗粒破碎机理的试验研究姓名：袁伦申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：张季如20100501摘要目前国内对颗粒破碎的研究主要集中在低应力水平下的静、动土力学性质上，对高应力水平下的工作开展得较少。随着堤坝、隧道等工程项目规模的不断扩大，高应力下的土颗粒破碎越来越多，它的研究也逐渐得到人们的重视。本文通过自制压缩装置对两种粒状土进行了高压应力下的侧限压缩试验，并对压缩后的颗粒进行颗粒分析试验，探讨了它们的压缩机理，并结合分形理论、图像分析等手段对颗粒破碎进行了详细分析。具体研究内容及主

2、要研究成果如下：(1)对颗粒材料的侧限压缩试验及颗粒分析试验(粒径大于O．074ram的颗粒采用筛分法，小于0．074mm的颗粒采用激光粒度仪)进行了简单的介绍。(2)分析了粒状土在高压应力下的压缩变形特性，结果显示其压缩和回弹曲线符合双线性压缩模型。(3)通过五种不同的方法(B15、B60、B10、Hardin破碎率和Einav破碎率)来度量颗粒的破碎，指出了颗粒级配、荷载等级与破碎量之间的关系：随着荷载等级的增加，破碎使得颗粒级配朝更加良好的方向发展。重点对粒径小于0．074mm的颗粒破碎情况进行了分析，将极限破

3、碎粒径设定为0．361．tm来计算Hardin破碎率。以最高等级荷载204．8MPa为颗粒破碎的极限分布计算Einav相对破碎率，得出了与Hardin类似的特征曲线。并以Einav破碎率为基础，分析了孔隙比与破碎率之间的关系。(4)利用分形理论对颗粒的破碎进行描述，并发现原级配土样存在分段分形规律。破碎分维数D与相对破碎率犀之间有着密切的关系，经线性拟合后，发现二者的线性关系相当显著，相关系数介于0．9466至0．9901之间。说明分维数D作为度量颗粒破碎的一种量化指标是合理的。(5)利用图像分析对颗粒破碎前后的形状

4、进行分析，根据颗粒图像的圆形度、表面分维数等参数的变化，为解释颗粒的破碎机理提供了一种良好的手段。最后，对本文的研究成果进行了总结，并就颗粒破碎的研究方向做出了展望。关键词：颗粒；破碎；侧限压缩试验；分维数；图像分析AbstractCurrently,theresearchonparticlecrushingismainlyconcentratedinthestaticanddynamicmechanicalpropertiesofsoilsinthelowstresslevel，butlessinthehighst

5、resslevels．Withthedams，tunnelsandotherprojectsexpandingthescale，theresearchofsoilparticlesunderhighpressurecrushinghasgraduallybeenpaidattention．Accordingtotheconfinedcompressiontestsandthegrainsizeanalysistestsunderthelli曲pressure，twokindsofgranularmaterialsof

6、soilparticlescompressionmechanismisdiscussed，andthecombinationoffractaltheory,imageanalysisbymeansofadetailedanalysisofparticlebreakage．Theresearchcontentandthemainresultsareasfollow：(1)Tointroducetheconfinedcompressiontestandthegrainsizeanalysistest．(sizeofpar

7、ticleslargerthanO．074mmwereanalyzedbysieving；lessthan0．074mmparticleswereanalyzedbylaserparticlesizeanalyzer)(2)ToanalyzethecompressiondeformationTheresultsshowthatthecompressionandcompressionmodel．ofgranularsoilsunderthehi曲pressure．reboundcurveconsistentwithbi

8、linear(3)Fivedifferentmethods(B15、B60、Bi0、Hardin’SandEinav’Srelativebreakages)areusedtomeasuretheparticlebreakages，itindicatestherelationshipbetweentheparticlesizedistributi