顆粒幾何特性和中主應(yīng)力比對顆粒材料剪切特性的影響.pdf

1、砂土作為道路、鐵路、房屋、大壩等構(gòu)、建筑物的承載體，是土木工程領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的天然材料之一。砂土是一種典型的離散顆粒材料，受到顆粒形狀、物理特性、顆粒級配、應(yīng)力歷史、各向異性、荷載條件等多種因素的影響，其力學(xué)特性如應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、剪脹效應(yīng)、非共軸變形、臨界狀態(tài)行為、液化特性等極為復(fù)雜。傳統(tǒng)的研究方法是基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)框架，利用唯象觀察手段對其宏觀力學(xué)特性進行研究。但是作為顆粒材料，顆粒的長軸比、球度、凸度等顆粒幾何特性都對砂土的宏觀力學(xué)特

2、性產(chǎn)生影響。本文借助于三維離散元開源程序YADE，對砂土的宏微觀力學(xué)特性進行研究，主要研究成果如下:
　　(1)對不同顆粒形狀的數(shù)值試樣開展了一系列常規(guī)三軸壓縮試驗數(shù)值模擬。研究表明，顆粒長軸比對材料的宏微觀響應(yīng)有顯著影響。在宏觀上，材料的抗剪強度隨著顆粒長軸比增大而減少;顆粒長軸比越小，其剪脹性越顯著。在微觀上，組構(gòu)演化規(guī)律受到顆粒長軸比的影響，隨著顆粒長軸比增大，臨界狀態(tài)組構(gòu)張量的模量減小。
　　(2)對不同顆粒形狀的數(shù)

3、值試樣分別開展平均正應(yīng)力不變的等中主應(yīng)力比和小主應(yīng)力不變的等中主應(yīng)力比真三軸試驗數(shù)值模擬。數(shù)值試驗結(jié)果表明:真三軸試驗?zāi)茌^好地反映顆粒材料在三向不等應(yīng)力狀態(tài)下的強度和變形特性;不同加載路徑對試樣的宏觀響應(yīng)顯著;試樣的破壞滿足Lade-Duncan準(zhǔn)則。
　　(3)基于大量的常規(guī)三軸壓縮試驗和小主應(yīng)力不變的等中主應(yīng)力比真三軸試驗數(shù)值模擬，分析了顆粒長軸比和中主應(yīng)力比對砂土試樣的臨界狀態(tài)特性的影響。結(jié)果顯示顆粒長軸比和中主應(yīng)力比對e-