1引言
1.1研究的背景与意义
本文通过对目前国内外散粒体力学研究的发展动态与趋势的研究，以及对国内外在临时临时支护设备所使用的充填材料的现状，并结合着散粒体的特性，和相关领域其他许多知名学者对于散粒体的研究方法、研究方向和研究意义的分析。散粒体，在一些领域的应用上又可以简单地称其为散体，颗粒体；散粒体是由许多大小差不同形状各异包括成分都有所区别的的微小颗粒组成的物体，由于颗粒之间的接触面很小，散粒体内部的空隙也是很大的。沙子就是一种典型的散粒体，沙子在險道，铁路、桥梁等工程方面应用较为广泛，特别的在建筑工程方面的临时支护方面应用较为广泛。它的结构简单，将沙子装入活柱内，活柱底部开口，当需要提高支护行程的时候，只需要提高活柱，然后沙子就受到自重影响，从活柱内部的小孔流出，流到底座内部，进而沙子充满底座内部，此时松开活柱，支护设备的行程就得到了提高，当使用完毕或者需要降低行程的时候，只需打开底座侧面的开后，轻轻敲击底座，沙子就从小口内部流出，导致底座内部的沙子量较少，进而使支座的行程发生变化，达到临时支护的目的。沙箱式临时支护设备具备操作简单快捷，承载力度大、稳定相强等特点。散粒体属于流体的一个分支但是有区别于流体力学，散粒体是具有流动性的固体颗粒流。却区别与固体液体气体这三种物质存在形态。散粒体的力学性质复杂包含：应力分布，应变的变化，能量的损失等。实验采用沙子作为散粒体进行实验研究，沙子不同与沙烁，沙子的粒径较小；描述散粒体性质的参数主要是：①内摩擦系数和内摩擦角。一般动态角为静态角的70%。散粒体的堆积角处处可见，但本实验并没有重点研究其堆积角，这些前人已经积累了丰富的知识财富！④粘结力。本次实验通过选择沙粒作为实验对象，以它为散粒体做循环加卸载实验，得出应力应变曲线，分析数据并利用数学软件进行拟合。
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1.2国内外研究现状和发展
散粒体是由粒径在同一个数量级上颗粒的集合体。颗粒的内部存在孔隙，颗粒与颗粒之间表面接触，但是并不完全接接触的。颗粒之间是相互独立的，存在相互作用力，随时都会发生变化，颗粒与颗粒之间相互摩擦挤压，相互之间并不完全相互接触，接触面积很小，沙子在显微镜下进行观察如图1所示，沙子晶莹透明状态，棱角无规律，相互之间并不完全接触，大小也是不一致的。散粒体是一种比较复杂的集合体。物理性质不同于连续物质，在某种程度上，存在很大的差异性。与固体相比较，它具备流体的性质，与液体相比较，散粒体能承受很大压力。也是因为其这些特性，散粒体的应用范围也宽阔。具备固体的能承受一定范围的压力和拉力，和具备液体的流体，被压迫的时候，相互之间的孔隙及内部的孔隙被压迫，颗粒之间可以相互运动，挤压，进而能承受很大的压力并且可以体积变化，相对于刚体它能实现“让”，当应力达到一定程度时候可以自动的减少位移，实现“让” ！颗粒间的摩擦会增大，颗粒间的接触面积有所增加，使得颗粒的流动受到了约束和限制。
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2沙粒等量循环加卸载实验
2.1实验
本次实验采用的是沙子。散粒体在生活中处处可见，小到生活中的灰尘颗粒，可以食用的面粉，稍微大点的泥土，及建筑材料水泥沙子石子及大的沙烁，沙石，再大点就是石块！这些都是散粒体，区别就是材料的成分和颗粒的大小。选择沙子进行试验的原因有以下几个方面：首先，粒径的分布均匀!可以蹄选出各种粒径范围的沙子，本次实验的目的就是研究散粒体的循环加卸载，重点测试的变量之一就是散粒体的粒径，方便进行筛选，沙子的大小适中，方便进行试验和数据分析；其次，成分稳定!有很多种类，有河沙，海沙，金属沙，天然沙岩粉化后的沙，等等!说偏离一点，还有海沙。根据细度模数大小范围，把沙划分为粗沙、中沙、细沙、特细沙。配置混凝土时，应优先选用中沙。当采用粗沙时，应提高沙率，并保持足够的水泥用量；当采用细沙时，宜适当降低沙率。砲筑沙装用沙应符合混凝土用沙的技术性质要求。由于沙衆层较薄，对沙子最大粒径应有所限制。再次，沙子具有一点的坚固性！它是生活中常见的材料，可以用于混凝土及一些建筑上，可用于建筑主要是因为其稳定和坚固！沙子的坚固性质进行试验才有意义。这样试验的应力可以更好和精确度控制。进行预实验时候，再进行预实验的数据分析所要施加的应力及应变都是可控的，所以选择有一定坚固性的沙子而非坚固程度较小的面粉泥土等；最后，实际工程意义！沙子的研究工程意义很大的，进行散粒体的循环加卸载的实验研究，一方面进行完善散粒体的力学性质，另一方面在工程的应用方面应用也有广泛，在基坑，路政的沙土垫层、沙箱式临时支护、建筑方面及矿业工程方面的水砂石充填等应用！
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2.2实验器材、仪器、材料及其相关参数
实验材料：研究对象-天然河沙，虽然地球上海沙含量多，但是由于海沙具有腐蚀性，会腐蚀建筑物和金属等，所以本次实验采用的是具有工程意义的河沙作为实验材料；河沙的参数是以目为单位，也就是粒径大小的一种描述方式（在以下文章中蹄网中有详细的介绍）。蹄网及沙子的蹄选：沙子是散粒体。每粒沙子的尺寸形状包括化学成分都是不一样的，沙子的蹄选也只能蹄选-?定的粒径范围，国际对筛网的孔径指定了明确的标准，筛网是金属蹄网，粒径按照国际标准进行严格尺寸进行制作，但是蹄选的过程中会遇到许多困难，1.粒径范围的控制。2.蹄选过程中沙子相互挤压摩擦，造成破损，蹄选抖动次数20次和100次，所蹄选出的沙子是不一样的，并且蹄选的过程中蹄子的摩擦会造成蹄网孔径的增大和破损，所以本次实验沙子的蹄选控制在50次左右，50次是根据预实验进行测试并得到的数据，此时沙子堆蹄网的影响和沙子相互之间的影响会降低！
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3循环加卸载（相同粒径不同厚度）位移与循环次数..........22
3.1模型所需要的理论.......... 22
3.2相同粒径时候，不同厚度时候5个循环..........25
3.3相同粒径下，不同厚度曲线之间的模型建立.......... 28
3.4本章小结.......... 37
4循环加卸载位移与循环次数的关系模型.......... 39
4.1模型所需要的理论及模型内容.......... 39
4. 2模型建立.......... 46
4.3相同厚度下，不同粒径曲线之间的模型建立.......... 53
4.4本章小结.......... 56
5循环加卸载曲线的本构方程.......... 57
5.1实验图像观察，及理论概念.......... 57
5.1.1图像观察.......... 57
5. 1. 2刚度及刚度与模型之间的联系.......... 58
5. 1.3滞回环及本构模型的选取.......... 61
5. 2模型的建立.......... 62
5. 3本章小结.......... 65
5循环加卸载曲线的本构方程
5.1实验图像观察，及理论概念
如图所示，这是70-80 0粒径沙子在RMT-150B上所得的应力应变曲线，如果能够把这个曲线的横坐标和总坐标分别看作X, Y轴，则图上的曲线就可以用数学方程式的方法表现出来，我们知道几何图形是直观的，而代数方程是比较抽象的，把几何方程和代数方程结合在一块，这就可以得到应力应变的本构方程；虽然在实验中是位移随着应力的变化而变化，应力是自变量，但是考虑到RMT-150B的作图特点，和本构方程的更加形象的表达，采用以图示坐标为准，观察图把0点看做是原点，横坐标应力就是自变量，纵坐标^7代表着应力就是因变量，这样就看做了数学函数图像了，只需要推导出其曲线的代数方程，就意味着曲线的方程求出来了，这样应力应变的本构曲线方程也就求出来了。自0点出发，曲线随着X轴的变化y逐渐递增，并且这种递增有点呈现出线性关系，直线0P和曲线op几乎重合，至于呈现出什么力学性质和研究意义在第三章已经有所研究了，在X轴mn段，随着X的增加，y值得变化也相对的递增，但是此时的递增已经不再是线性了，曲线的斜率逐渐增加，曲线的斜率不再是恒定的值了；然后观察nt阶段，在单纯的图像领域上，是由n到t的过程，在此过程中y的变化是逐渐的增加，但是我们不能这样做，不能以这样的方式，假设以这样的方式了，那么在nt上，每一个点都会对应两个或者三个y值，这样就不能再用函数去表达，自然就求不出方程了，应为在数学中的映射关系上是不存在一个自变量对应多个y值，所以我们在曲线Q点之后的图像就严格按照试验的原理去理解曲线，Q点之后应力就逐渐减小，此时由于力学的影响位移变小了，不再位移增加，而是位移在逐渐地减小，直到应力变为0。
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总结
本文所研究的是临时临时支护设备的充填材料问题，把沙子作为充填材料其力学性质，同样采用实验中常用的控制变量法，研究这3个变量分别是：粒径、厚度、加载方式，研究其力学性质，抗压强度，破坏程度，寻找出所承受的力、侧限和研究变量的关系，实验使用RMT-150B试验机，做单轴压缩，采用循环加卸载实验；研究沙子在疲劳循环加载的条件下的力学性质，实验中再次使用到其他的参数，例如表观密度，堆积密度，加载速率这些参数始终贯穿始终；采用不同粒径厚度的沙子，进行循环加卸载实验，研究沙粒的循环加卸载最大多能承受得住应力强度，及沙子的应力应变关系，统计出不同粒径的强度规律，及绘制出应力应变曲线及弹性模量，泊松比等等一系列的参数；希望可以进一步的去完善临时临时支护设备提供参考和依据。并建立了三个模型，分别是相同粒径不同厚度条件下循环次数和轴向变形之间的本构关系，相同厚度不同粒径条件下循环次数和轴向变形之间的本构关系，等量循环加卸载应力应变曲线方程，这三个模型；为沙粒的力学性质研究提供了科学的理论依据。
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参考文献（略）