基于拉球试验的液化土非牛顿粘度测量：实验设计与理论拖曳力公式的创新研究

　　本文推荐了一种通过渗流诱导液化土的拉球试验新方法，建立了基于幂律模型（power-law）的非牛顿流体参数（k和n）直接标定框架。研究提出了混合拖曳力公式（hybrid drag force formula）和校正因子（correction factor），有效解决了等效牛顿方法（equivalent Newtonian approach）对拖曳力的高估问题，为液化土流变行为分析提供了更精确的实验与理论工具。

　　

Section snippets

Design of pulling ball test

本研究通过拉球试验测量液化土的粘度。通过土样中诱导向上渗流来模拟液化条件。如图2(a)和(b)所示，整个实验装置包括渗流装置和安装于其上的拉球试验设备。该渗流装置由国立台湾大学土木工程系土壤力学实验室开发，包含一个直径57厘米的圆形容器...

Test program

试样制备完成后，进行了一系列拉球试验。实验流程分为两步：首先，施加向上渗流使试样完全液化；其次，将球体降至液化土中，测量球体在土中上下移动时的拖曳力。本研究探讨了三个实验因素——渗流速率、液化持续时间以及球体移动方向——对...

Derivation of non-Newtonian fluid parameters

第3节已证明液化土的等效粘度随等效剪切应变率增加而降低，这与先前研究一致，表明其为非牛顿流体行为。本节基于幂律模型（power-law model），从试验数据中推导相应的非牛顿流体参数。首先在第4.1节中，我们评估通过拟合等效粘度与等效剪切应变率趋势所获参数的适用性...

Converting k_N into true non-Newtonian parameter k

如第4.1节所述，通过等效牛顿方法获得的幂律参数会显著高估拖曳力。更合适的方法是直接使用非牛顿模型标定参数。然而，等效牛顿方法因其简便性在实际应用中仍具吸引力。因此，我们尝试提出一个校正因子（correction factor），将等效牛顿模型获得的参数转换为真实的...

Conclusions

本研究建立了一个通过拉球试验确定液化土幂律非牛顿流体参数的实验与标定框架。通过向上渗流诱导液化，进行了一系列试验。实验采用不同球体和多种拉动速度，以捕捉粘度随剪切应变率的完整变化趋势。为评估数据可靠性，研究了渗流速率、液化持续时间和球体...