基于离散元数值模拟的粉-砂混合物力学特性研究

摘要

针对粉砂土力学特性受细粒含量影响显著的问题，本文将粉砂土简化为由粗颗粒和细颗粒混合形成的二元介质混合物，开展固结排水剪切试验的离散元数值模拟，并从宏细观尺度分析了细粒含量对粉-砂二元介质混合物初始堆积状态、峰值强度和残余强度的影响规律及相应的细观力学机制。模拟结果表明，二元介质混合物的初始堆积状态会在阈值细粒含量约40%处发生转变，使得二元介质混合物由粗颗粒包裹细颗粒向粗颗粒在细颗粒中呈悬浮状态转变，并分别呈现“类粗粒土”和“类细粒土”的力学特性。二元介质混合物的峰值强度会随着细粒含量的增加呈现先上升后下降趋势，而残余强度受细粒含量的影响比较小。对于细粒含量小于60%的二元介质混合物，当试样从中小应变剪切发展到大应变时，混合物中存在复杂的粗-细颗粒相互作用和接触应力重分布；当二元介质混合物的细粒含量大于60%时，细颗粒的力链主导作用导致颗粒间接触应力的重分布相对较弱。

关键词

粉砂土 / 二元介质混合物 / 离散元模拟 / 固结排水剪切试验 / 力学特性