描述土体级配分布的级配方程及其适用性

对Weibull模型公式进行变形和演化,得到一个用于定量表示连续级配分布的级配方程,该级配方程可以表示双曲线、近似直线、反S形曲线3种典型级配分布形态。对粉土、黏土、砂土、粗粒土的级配分布进行拟合,拟合结果均良好。从粒径的分布范围考虑,用理论推导的方法,对级配参数的取值范围进行了详细的研究。将实际拟合结果和理论推导结果相结合,得到最终的级配参数范围:c为0.001~1.5,n为0.065~4.8。将新级配方程与Talbot分形级配方程、吴二鲁单参数级配方程进行对比分析,发现Talbot分形级配方程不能反映反S形级配分布,单参数级配方程不能反映颗粒均匀的窄级配分布,而新级配方程对以上不同级配分布均拟合良好,因此新级配方程具有更广泛的适用性。另外,对级配参数在剔除法、相似级配法、等量替代法、混合法下的演变进行了推导,实现了对缩尺前后级配分布的定量表示。

节理峰值剪切强度公式修正研究

节理峰值剪切强度受节理表面形貌的直接影响。为了进一步研究节理形貌对于峰值剪切强度的作用机制,对已有公式进行总结,并在此基础上建立新的公式。根据已有文献的57组三维形貌直剪试验数据,将新公式对峰值剪切强度的预测值与已有文献公式的预测值进行对比。结果表明,新公式的平均相对误差为11.6%,已有文献公式的平均相对误差分别为13.0%、19.3%、14.9%,新公式的预测精确度更高。

基于分形级配方程的堆石料颗粒破碎SBG模型

准确预测堆石料在受剪过程中颗粒的破碎率以及相应的级配变化,是揭示堆石料在复杂应力状态下强度、渗透、变形等特性的基础。基于分形级配方程,建立了一个实现"应力应变—破碎指标—级配分布(SBG)"转换的模型。引入Einav破碎指标BE作为衡量颗粒破碎率的指标,对分形级配方程进行变形和积分,推导了颗粒破碎率B_(E)和分形维数D的数学转换,即"破碎指标—级配分布"的转换。对已有的三轴剪切试验数据进行分析,提出一个可以定量表示颗粒破碎率随剪应变和平均正应力变化的数学模型,模型共有3个参数a,b,c,参数b与土体的临界状态有关,根据临界剪应变可以直接确定。对两组不同的试验数据进行拟合,发现模型预测值与试验值具有较高的吻合度,实现"应力应变—破碎指标"的转换。将以上两种转变联立,成功预测了不同剪应变及平均正应力下堆石料的级配变化。

辐射流立方定理的推导及试验研究

为了推导辐射流光滑平行板立方定理并研究其适用性,通过理论分析,根据惯性力和黏性力的数量级关系,将水流的分布状态分成黏性区和势流区,在完全处于黏性区的“弱惯性带”中,由N-S方程和Laplace方程推导辐射流立方定理。在水力压强分别为0.1、0.2和0.3MPa时,对平行板和规则齿进行水力试验,验证平行板实际流量与立方定理吻合程度以及粗糙裂隙面对于立方定理的适用性。结果表明:水力压强为0.1MPa时,平行板的流量与立方定理吻合良好;高水头差易产生非线性流,导致流量偏离立方定理;粗糙度的存在会破坏水流的连续性,削弱过流能力,规则齿的试验值比预测值低7.9%~14.6%。