基于剪切波速的粗粒土填料压实密度控制理论

作     者：陈晓斌 谢康 尧俊凯 王业顺 唐禄博 CHEN Xiaobin;XIE Kang;YAO Junkai;WANG Yeshun;TANG Lubo

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410083 中南大学教育部重载铁路工程结构重点实验室湖南长沙410083 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2023年第54卷第9期

页      面：3551-3561页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0903[农学-农业资源与环境] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 0701[理学-数学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51978674) 中国铁道科学研究院科技研究开发计划重点课题资助项目(2020YJ143) 中南大学研究生创业计划项目(2022ZZTS0622) 

主　　题：粗粒土 压实度 剪切波速 GDS弯曲元系统 

摘      要：为了提出基于剪切波速的粗粒土压实度便捷测试方法,首先,基于弹性动力学与颗粒细观接触理论,建立了粗粒土的剪切波速与压实密度的理论方程;其次,建立数值模型,验证理论方程的合理性;最后,提出基于粗粒土的剪切波速的压实度测试方法,开展室内粗粒土剪切波速试验,验证理论方程的适用性。研究结果表明:通过弹性动力学与颗粒接触理论,引入粗粒土颗粒细观特性,如刚度、配位数和孔隙率,推导得出了粗粒土剪切波速与压实密度的理论方程;在理论方程中,颗粒的泊松比对剪切波速的影响不大,而颗粒弹性模量对剪切波速的影响较大;基于周期理论,建立剪切波速的Comsol数值模型,数值结果与理论方程计算结果趋势相同,且相对误差均在8%以内;普遍适用的激发频率范围为5~10 kHz,不论何种激发波,接收波形均为正弦波,且剪切波速随压实密度增加而增加,试验结果进一步验证了剪切波速-压实密度方程的适用性。在实际应用中,求出粗粒土填料参数M,就可通过测量压实填料的剪切波速快速得到其压实密度。