基于离散元方法的黏性土剪切特性细观机理

摘要

为了研究黏性土在剪切过程中的细观剪切力学特性，结合室内试验结果和离散元模拟方法对粉质黏土剪切力学性质进行了细观机理分析。首先基于室内试验的结果，通过建立符合黏性土剪切试验特征的PFC^2D模型，对剪切过程中黏性土和砂土的一些细观参数进行比较分析；然后对黏性土在不同剪切阶段细观应力、细观变形以及细观位移进行分析，并从细观角度分析了试样的宏观剪切力学特性。结果表明：黏性土中的剪切应力主要是由颗粒之间的力链提供的，黏性土的颗粒较小，力链较细，所提供的承载力也较小，黏性土力链最大承载力仅约为0.77 kN,而标准砂可以达到1.75 kN;超固结状态下的黏性土在进行剪切时具有明显的应变软化现象，这一现象与颗粒的定向排列以及颗粒之间的强力链数量减少有关；在剪切过程中黏性土中部配位数减少了1.70,这是由于黏性土颗粒发生偏移，颗粒之间的接触形成拱状结构，也导致了孔隙率增大，使得黏性土的体积应变增大；黏性土在剪切过程中，颗粒位移等值线在模型的中部PFC^2D模型形成近似菱形的区域，并且黏性土在剪切破坏时形成的剪切带是一条相对位移基本一致的狭长条带。

关键词

黏性土 / 砂土 / 离散元 / 体积应变 / 孔隙率 / 剪切带 / PFC^2D模型

基金资助

国家自然科学基金项目(41572259,41272341)