石英砂砾破碎过程中粒径分布的分形行为研究.PDFVIP

第 37 卷 第 5 期 岩 土 工 程 学 报 Vol.37 No.5 2015年 .5 月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering May 2015 DOI ：10.11779/CJGE201505003 石英砂砾破碎过程中粒径分布的分形行为研究 张季如，胡 泳，张弼文，刘元志 (武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070) 摘 要：荷载作用下粒状土的颗粒破碎改变土的粒径分布，从而影响其力学特性。试验证据显示随着颗粒破碎的增加， 任何初始分布的土粒都将趋向一种自相似的分形分布。为了揭示土的粒径分布的分形转变机制，利用侧限压缩试验研 究高压应力下石英砂砾的粒径分布演化规律和颗粒破碎特性，基于分形模型和粒径分布实测数据研究破碎过程中粒径 分布的分形行为。研究发现：颗粒破碎增长导致粒状土趋向分形分布的过程与颗粒破碎量密切相关，并可以通过增大 的分形维数来描述。尽管石英砂砾的初始分布和粒径有所不同，分形维数大于 2.2 的粒径分布实测数据均展示了较为严 格的自相似性，因而该数值可作为分形分布的分形维数下限值。研究还发现：相同破碎状态下 Hardin 相对破碎率小于 Einav 相对破碎率，但二者对应力和体应变的响应规律是一致的。颗粒破碎发展至粒径分布成为分形分布时，体应变与 相对破碎率的比值将保持恒定，并且受初始分布的均匀性和颗粒大小的影响很小。这一特点可用于分形分布的识别， 并意味着试验中如果粒径分布是分形的，则无须为了粒径分析而终止试验，只需测量到体应变就可估计相对破碎率。 关键词：颗粒破碎；粒径分布；分形；石英砂砾；相对破碎率 中图分类号：TU411 文献标识码：A 文章编号：1000 –4548(2015)05 –0784 –08 作者简介：张季如(1964 – ) ，男，教授，博士生导师，主要从事岩土工程方面的教学和科研。E-mail : zhangjr@whut.edu.cn 。 Fractal behavior of particle-size distribution during particle quartz sand and gravel ZHANG Ji-ru, HU Yong, ZHANG Bi-wen, LIU Yuan-zhi (School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China) Abstract : The particle breakage of granular soil under loading alters the particle-size distribution (PSD) and further affects its mechanical properties. The experimental evidence shows that any initial distribution of soil particles will tend to be fractal with the development of particle breakage. In order to reveal the transformation mechanism of fractal PSD of soil, a series of confined compression tests on a quartz sand and gravel are condu