砂土颗粒三维形态的重建、表征和界面化开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1、研究背景及意义

砂土和砂性土是我国分布广泛，用途较多的一种岩土材料，对其力学特性的正确把握将影响相关的工程应用。大量的试验研究表明，砂土在低应力条件下的宏观力学特性，包括压缩特性、抗剪强度、剪胀效应和临界状态行为，以及在高应力条件下的颗粒破碎行为等，受颗粒的内在结构和形状的影响很大^[1]。因此，为提高数值模拟结果与室内试验结果的吻合度，实现颗粒形态的精确重构就显得十分必要。研究微观层面颗粒形态影响天然砂力学行为的机理,便是掌握其力学特性的关键所在。

目前对砂粒力学特性的研究主要集中在宏观层面的室内试验与原位测试研究，尚缺少在微观层面的认识，也很难准确把握这种特殊岩土介质的真实力学特性。为此，从颗粒尺度上细致研究砂粒的颗粒微观结构（即颗粒形态和内孔隙结构）对颗粒微观力学行为的影响，将为我们准确掌握其物理、力学特性，建立其有效的本构模型提供重要的理论基础。目前，由于图像的采集、海量信息的处理和三维颗粒的重建等技术难题尚未能很好解决，使得三维颗粒模拟的广泛应用仍受到较大限制。

2. 研究的基本内容与方案

1、基本内容

本研究的基本内容为准确重构砂粒的三维形态，并实现量化计算其形态表征参数，为砂土真实力学特性的精确掌握提供重要依据，也为砂土本构模型的寻求提供科学的理论基础。最后，实现三维颗粒形态的重构和表征的界面化，从而方便试验数据的整理和对这些数据的取用。

具体的内容有：

3. 研究计划与安排

第1－2周。整理及查阅砂土颗粒三维形态的重建和表征的相关中英文资料，在导师的指导下，选择试验砂土样本，并对所要研究的内容和方法形成清晰的思路。

第3－6周。完成毕业论文的开题报告，总结现有的研究方法和成果，完成文献综述撰写工作，深入理解并学会运用球谐函数分析和重建砂粒土。

第7－10周。研究基于球谐函数重建的砂土颗粒三维形态表征参数的实用性计算方法，得出相关结论。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]唐棠,罗代升,何小海,滕奇志.岩石样本孔隙和颗粒二维图象的三维重建研究[j].计算机工程与应用,2005(07):227-229.

[2]孔亮,彭仁.颗粒形状对类砂土力学性质影响的颗粒流模拟[j].岩石力学与工程学报,2011,30(10):2112-2119.

[3]刘清秉,项伟,m.budhu,崔德山.砂土颗粒形状量化及其对力学指标的影响分析[j].岩土力学,2011,32(s1):190-197.