›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (10): 3695-3702.doi: 10.16285/j.rsm.2017.0080

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

K0条件下颗粒形状特征对砂土剪切模量的影响

罗 岚1, 2,夏唐代1, 2,仇浩淼1, 2   

  1. 1. 浙江大学 滨海和城市岩土工程研究中心,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学 软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江 杭州 310058
  • 收稿日期:2017-05-19 出版日期:2018-10-11 发布日期:2018-11-04
  • 作者简介:罗岚,男,1991年生,硕士,主要从事土动力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51378463)。

Effect of particle shape on shear modulus of sand in K0 condition

LUO Lan1, 2, XIA Tang-dai1, 2, QIU Hao-miao1, 2   

  1. 1. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China; 2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering of Ministry of Education, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China
  • Received:2017-05-19 Online:2018-10-11 Published:2018-11-04
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51378463).

摘要: 为了研究颗粒形状特征对砂土剪切模量的影响,选取4种形状不同的砂样(福建标准砂和人工石英砂)作为研究对象,通过扫描电镜获取其颗粒微观图像,使用Image Pro Plus软件和自编Matlab程序提取试样颗粒的形状特征。采用改进的半径角和轮廓指数综合描述颗粒偏离圆或椭圆的程度以及棱角变化程度,并基于这两个参数提出颗粒形状因子来综合表征颗粒的形状特征。之后在K0条件下通过弯曲元试验获得不同竖向荷载对应的4个试样的剪切模量,试验结果表明,砂土颗粒的形状因子与砂土的剪切模量具有良好的相关性。最后基于Hertz-Mindlin接触模型,推导出引入形状因子的砂土剪切模量理论计算公式,该计算公式与实测值吻合良好。

关键词: 颗粒形状特征, 砂土, 剪切模量, 形状因子, 图像处理, 弯曲元

Abstract: To study the effect of particle shape on shear modulus of sand, four sand samples with different particle shapes and grain sizes are prepared, including Fujian standard sand and artificial quartz sand. Image Pro Plus and Matlab program can extract the geometric parameters of particles from images of four samples obtained by scanning electron microscope. Two geometric parameters, radius angularity and form index, are improved and studied. Through statistical data of sand particle, the results show that radius angularity and form index describe different aspects of particle shape. As such, shape factor of sand is proposed based on radius angularity and form index to generalize particle shape. Then, a series of model tests in K0 condition is conducted to obtain the shear modulus of samples under different vertical stresses by bender element deployed in the sand. The tests show that shape factor is closely related with shear modulus of sand. Finally, based on Hertz-Mindlin contact model, shape factor is introduced to derive the formula of sand’s shear modulus, which agrees well with the measured one.

Key words: particle shape, sand, shear modulus, shape factor, image process, bender element

中图分类号: 

  • TU 435

[1] 周跃峰, 杨哲, 饶锡保, 肖国强, 周黎明. 不同含水率下黏土弹性参数的 弯曲−伸展元试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 387-393.
[2] 毛家骅, 袁大军, 杨将晓, 张兵, . 砂土地层泥水盾构开挖面孔隙变化特征理论研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2283-2292.
[3] 梁珂, 陈国兴, 杭天柱, 刘抗, 何杨, . 砂类土最大动剪切模量的新预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1963-1970.
[4] 孙静, 公茂盛, 熊宏强, 甘霖睿, . 冻融循环对粉砂土动力特性影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 747-754.
[5] 米博, 项彦勇, . 砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的 模型试验和计算研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 837-848.
[6] 梁珂, 陈国兴, 刘抗, 王彦臻, . 饱和珊瑚砂最大动剪切模量的 循环加载衰退特性及预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 601-611.
[7] 梁珂, 何杨, 陈国兴, . 南沙珊瑚砂的动剪切模量和阻尼比特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 23-31.
[8] 覃玉兰, 邹新军, 曹雄. 均质砂土中水平简谐荷载与扭矩联合 受荷单桩内力、位移分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 147-156.
[9] 孔亮, 刘文卓, 袁庆盟, 董彤, . 常剪应力路径下含气砂土的三轴试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3319-3326.
[10] 大久保诚介, 汤 杨, 许江, 彭守建, 陈灿灿, 严召松, . 3D-DIC系统在岩石力学试验中的应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3263-3273.
[11] 詹良通, 胡英涛, 刘小川, 陈捷, 王瀚霖, 朱斌, 陈云敏. 非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验 及多物理量联合监测[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2478-2486.
[12] 尹晓萌, 晏鄂川, 王鲁男, 陈 利, . 各向异性片岩的微观组构信息定量 提取与断面形貌特征分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2617-2627.
[13] 孙逸飞, 陈 成, . 无状态变量的状态依赖剪胀方程及其本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1813-1822.
[14] 庄海洋, 付继赛, 陈 苏, 陈国兴, 王雪剑, . 微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1263-1272.
[15] 魏 星, 张 昭, 王 刚, 张建民, . 饱和砂土液化后大变形机制的离散元细观分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1596-1602.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!