近似級(jí)配條件下砂土力學(xué)性質(zhì)差異及其PFC分析方法的研究.pdf

1、一般情況下，巖體材料都是由大量的顆粒物質(zhì)組成的，砂土在形成過程中由于有機(jī)質(zhì)及礦物成分的分解，造成了砂土孔隙率高、顆粒疏散且各向異性的結(jié)構(gòu)特性。迄今為止，為了更好的了解砂土這種巖土材料的特性，許許多多的學(xué)者投身到砂土的力學(xué)特性研究當(dāng)中。雖然對(duì)砂土的宏觀特性取得了一定的成果，但從細(xì)觀角度出發(fā)對(duì)砂土的研究還很缺乏。本文考慮結(jié)合砂土的宏細(xì)觀特征，對(duì)砂土進(jìn)行力學(xué)特性的分析，以期達(dá)到從細(xì)觀角度來解釋宏觀現(xiàn)象的目的。為了達(dá)到這個(gè)目的，本文擬采用PFC

2、顆粒流模擬與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合的方式，首先對(duì)均勻砂及近似級(jí)配的砂土（Cc、Cu一致，顆粒粒徑分布不同）分別控制相對(duì)密度來進(jìn)行直剪試驗(yàn)，然后再對(duì)其進(jìn)行PFC模擬試驗(yàn)，將所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從細(xì)觀角度上解釋一些宏觀現(xiàn)象。并通過摩擦角的比值來對(duì)PFC模擬代替室內(nèi)直剪試驗(yàn)的可靠性進(jìn)行肯定，得到了砂土級(jí)配與抗剪強(qiáng)度的確切關(guān)系。
　　且現(xiàn)有的粒徑劃分多依賴篩分試驗(yàn)，且受到了篩孔孔徑的局限，通過PFC顆粒流模擬試驗(yàn)可以試驗(yàn)顆粒粒徑分布的任意化，即級(jí)配的

3、任意化。如此一來，可按砂土分類標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)d50分類，并進(jìn)一步通過控制不均勻系數(shù)等顆粒級(jí)配參數(shù)來界定砂土的內(nèi)摩擦角，可為巖土工程的內(nèi)摩擦角提供有效參考值。
　　本文主要取得的成果如下:
　　1.通過對(duì)PFC模擬任意粒徑分布下的直剪試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理可以發(fā)現(xiàn):當(dāng)d50、 d10恒定時(shí)，內(nèi)摩擦角隨著不均勻系數(shù)Cu的增大而增大，且當(dāng)Cu大于某一特定值時(shí)，內(nèi)摩擦角的增大速度明顯變快;當(dāng)d50、Cu恒定時(shí)，內(nèi)摩擦角隨著d10的增大而

4、增大;當(dāng)改變d50的值時(shí)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)內(nèi)摩擦角產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)不及Cu對(duì)內(nèi)摩擦角產(chǎn)生的影響。
　　2.近似級(jí)配砂直剪試驗(yàn)結(jié)果表明:顆粒級(jí)配影響抗剪強(qiáng)度的大小，級(jí)配越均勻，抗剪強(qiáng)度越大，摩擦角也隨之更大。另外，根據(jù)均勻砂的直剪試驗(yàn)可知，砂土所含粗粒越多，砂土的抗剪強(qiáng)度就越高。
　　3.通過Matlab進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，并輸入宏觀參數(shù)來完成PFC細(xì)觀參數(shù)的選取。
　　4.利用PFC2D對(duì)砂的室內(nèi)直剪試驗(yàn)進(jìn)行模擬，通過圖形的輸出更

5、加直觀的看到了砂樣顆粒與顆粒之間的孔隙率、配位數(shù)以及接觸力的變化現(xiàn)象。并證明了顆粒流模擬方法和試驗(yàn)室試驗(yàn)的一致性。
　　5.經(jīng)過對(duì)剪切盒中部及四個(gè)角落處測(cè)量圓的孔隙率、配位數(shù)的變化曲線分析得到:隨著剪切的持續(xù)進(jìn)行，孔隙率及配位數(shù)都是一個(gè)持續(xù)變化的過程，且不同位置的孔隙率和配位數(shù)的變化規(guī)律不盡相同。剪切初始階段左上角和右下角顆粒孔隙率最小，平均配位數(shù)最多，這符合實(shí)際的剪切過程中力的分布。且在剪切后期由于剪切作用導(dǎo)致剪切帶中顆粒移動(dòng)、