冰碛体三维细观结构随机重构及大型三轴试验离散元模拟研究

摘要

基于凸多面体顶点和面之间的拓扑关系，利用python语言编制三维随机块石生成程序，对生成的块石填充土体进而形成冰碛体数值模型。采用块体离散元程序对不同冰碛体试样进行了大型三轴试验模拟，研究了空间分布、围压大小和块石含量对冰碛体力学特性及变形破坏的影响。数值模拟结果表明，在三轴加载下，冰碛体试样发生剪胀现象，破坏后的剪切带表现出一定的绕石现象，形态上呈非对称的X形分布且受块石含量、空间分布、围压大小共同影响。冰碛体强度随着围压的增大而增大，侧面鼓胀随围压增大而减小，当围压大于800 kPa时，冰碛体在破坏后表现出应变硬化；随着含石量由5%增至35%,冰碛体黏聚力提高了68.21 kPa,内摩擦角提高了8.63°,内部块石分布造成的强度差异由0.03%增长到7%。其中含石量15%～30%阶段，抗剪强度参数急剧增大，块石对土颗粒约束增强，冰碛体由“块石悬浮”转变为“土石密实”,其余阶段黏聚力和内摩擦角缓慢增大。

关键词

冰碛体 / 力学特性 / 变形破坏 / 大型三轴试验 / 离散元