基于PFC3D的超固结非饱和黏性土力学特性分析

摘要

为进一步研究超固结非饱和黏性土的力学特性以及对所提超固结非饱和黏性土三剪次加载面模型进行真三轴数值试验验证，以江西红黏土为研究对象，采用PFC3D软件并基于Hill接触模型建立了柔性膜条件下的超固结非饱和黏性土常规三轴以及真三轴试验模型。对不同基质吸力、超固结程度、应力幅值下的静、动循环三轴试验进行颗粒流数值模拟研究，得到超固结非饱和黏性土试样应力-应变关系等宏观力学特性的演化规律，并从细观角度分析剪切过程中接触力链以及位移场的变化。将PFC3D数值模拟结果与超固结非饱和黏性土常规静、动三轴固结排水试验结果进行对比验证。结果表明，颗粒流软件模拟值与试验结果变化规律一致，可以较好地反映超固结非饱和黏性土应变软化、剪胀性以及动荷载条件下的棘轮效应和曼辛效应等力学特性。验证了颗粒流模型计算程序在模拟超固结非饱和黏性土应力-应变等基本力学特性方面的适用性，达到了可以进行数值试验的程度，表明所建颗粒流模型可以代替各种复杂加载条件下的超固结非饱和黏性土的室内试验。将颗粒流模型作为数字试验机来代替室内真三轴试验，对超固结非饱和黏性土的三剪次加载面模型理论结果进行验证。结果表明，本构理论计算结果与PFC3D数值模拟结果所表现出的趋势基本一致。Fredlund应力变量法相对于Bishop应力变量法而言要更为接近PFC3D模拟结果，具有较小的误差。

关键词

超固结非饱和黏性土 / PFC3D数值试验 / Hill接触模型 / 循环荷载 / 江西红黏土

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.52208347)