顆粒幾何特性和中主應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、建筑物的承載體，是土木工程領域應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、應力歷史、各向異性、荷載條件等多種因素的影響，其力學特性如應力應變關系、剪脹效應、非共軸變形、臨界狀態(tài)行為、液化特性等極為復雜。傳統(tǒng)的研究方法是基于連續(xù)介質力學框架，利用唯象觀察手段對其宏觀力學特性進行研究。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特

2、性產生影響。本文借助于三維離散元開源程序YADE，對砂土的宏微觀力學特性進行研究，主要研究成果如下:
　　(1)對不同顆粒形狀的數值試樣開展了一系列常規(guī)三軸壓縮試驗數值模擬。研究表明，顆粒長軸比對材料的宏微觀響應有顯著影響。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)組構張量的模量減小。
　　(2)對不同顆粒形狀的數

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