非饱和黄土侧限压缩和湿陷试验的宏微观离散元特性分析

摘要

为了深入探讨非饱和黄土在侧限压缩和快速增湿作用下的宏微观特性，本文采用颗粒流方法对黄土的力学特性开展了3维离散元仿真模拟分析。采用软胶结模型模拟了颗粒间的化学胶结作用，并考虑了颗粒间的范德华力和毛细力作用，着重分析了微观参数的变化规律。结果表明：软胶结接触模型能够准确地复现非饱和黄土侧限压缩和快速增湿试验中的力学响应行为。微观力学配位数随着竖向压力的增加而不断加速增长，同时颗粒间接触力与接触力矩均随含水率的增加呈现逐渐减小的趋势，而对于饱和试样则出现增长的情况。颗粒间的剪切破坏和拉破坏随着竖向压力的增加而逐渐增加，在大约100 kPa达到最大值。随着含水率的增加，剪切破坏逐渐占据主导；此外，随着竖向压力的逐渐增加，应变能、滑动耗能与阻尼耗能逐渐增加，应变能数值远大于滑动耗能与阻尼耗能；应变能的增速随着竖向压力的增加逐渐加快，直至200 kPa附近达到最大，含水率越大应变能终值越低；滑动耗能与阻尼耗能的终值均在小范围内波动。

关键词

黄土 / 离散单元 / 侧限压缩试验 / 湿陷试验 / 微观分析