[论文解读] Effects of construction history on the stress distribution under a sand pile

Loïc Vanel, Daniel W. Howell+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 1999

Geotechnical Engineering and Soil Stabilization参考文献 2被引用 4

一句话总结

本研究利用高灵敏度电容式应力传感器，探究了颗粒桩的建造方式如何影响其下方的应力分布。实验表明，从局部源建造的桩体在中心区域出现应力降低，而通过均匀‘降雨’方式形成的桩体则无此现象，表明建造历史显著影响应力分布特征，且应力分布与桩高呈简单比例关系。

ABSTRACT

We report experiments on cohesionless granular piles to determine the effect of construction history on the static stress distribution. The stresses beneath the piles are monitored using a very sensitive capacitive technique. The piles are formed either by release of granular material from a relatively small output (localized source), or from a large diameter sieve (homogeneous rain). The stress profiles resulting from localized source inputs have a clear stress dip near the center of the pile while the results from an homogeneous rain show no stress dip. We also show that the stress profiles scale simply with the pile height. Experiments on wedges-shaped piles show the same effects but to a lesser degree.

研究动机与目标

• 探究无黏性颗粒堆的建造历史对静态应力分布的影响。
• 比较通过局部源输入与均匀‘降雨’输入形成的堆体下方的应力分布特征。
• 确定应力分布是否随堆高变化而缩放，以及几何形状（如楔形堆）是否影响所观察到的现象。
• 量化加载历史在决定颗粒堆下方应力非均质性中的作用。

提出的方法

• 采用高灵敏度电容式应力测量技术，通过实验监测颗粒堆下方的垂直应力分布。
• 堆体以两种不同方式构建：(1) 从直径较小的出口（局部源）；(2) 从直径较大的筛网（均匀降雨）。
• 测量并比较不同堆高下的应力分布，以评估其缩放行为。
• 对楔形堆体进行了额外实验，以评估所观察现象的普适性。
• 对数据进行分析，识别基于建造方式的应力分布模式的系统性差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 堆体的建造方式（局部输入与均匀输入）如何影响颗粒堆下方的应力分布？
• RQ2 堆体中心附近是否存在应力降低现象，是否取决于建造历史？
• RQ3 应力分布与堆高之间的缩放关系程度如何？
• RQ4 几何形状的变化（如楔形堆）是否表现出类似的应力分布异常？

主要发现

• 从局部源建造的堆体在中心区域表现出明显的应力降低，表明中心区域垂直应力减小。
• 相比之下，通过均匀降雨形成的堆体无中心应力降低，应力分布更为均匀。
• 两种建造方式的应力分布均与堆高呈简单缩放关系，表明存在普遍缩放行为。
• 楔形堆体表现出类似效应，但程度较弱，表明该现象具有几何依赖性，但不仅限于圆柱形堆体。
• 结果表明，建造历史——特别是颗粒沉积的空间分布——在决定颗粒堆下方最终应力状态中起着关键作用。