液化粉土動(dòng)力特性的顆粒流模擬.pdf

1、長江中下游地區(qū)廣泛存在著粉土層，該類粉土具有滲透性大，抗壓強(qiáng)度低，在動(dòng)荷載作用下易發(fā)生液化現(xiàn)象等特點(diǎn)，盡管國內(nèi)外許多學(xué)者通過室內(nèi)土力學(xué)試驗(yàn)對(duì)粉土的宏觀響應(yīng)方面的研究較多，但隨著土力學(xué)研究的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，土體工程性質(zhì)的改善是微觀結(jié)構(gòu)變化所引起的宏觀響應(yīng)，顆粒離散元法可以在分析土體宏觀力學(xué)響應(yīng)的同時(shí)，研究受荷過程中細(xì)觀組構(gòu)參量的演化規(guī)律，故近年來已成為解決土體滲透破壞、液化變形、剪切帶等非連續(xù)介質(zhì)問題的一種有效的、富有發(fā)展前景的

2、數(shù)值模擬方法。
　　本文利用顆粒離散元法中的三維顆粒流方法(PFC3D)，以粉土和生物改性粉土試驗(yàn)研究結(jié)果為基礎(chǔ)，從宏細(xì)觀結(jié)合的角度對(duì)單調(diào)與循環(huán)加荷條件下粉土的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了細(xì)觀模擬。主要工作和成果如下:
　　(1)以粉土的常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，得到三維條件下粉土力學(xué)性質(zhì)模擬的細(xì)觀參數(shù)，建立離散元方法的單調(diào)雙軸細(xì)觀數(shù)值模型，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，散粒體材料之間的作用主要靠顆粒間的接觸傳遞剪力，顆粒間的摩擦系數(shù)不同，相應(yīng)的宏觀特

3、性也發(fā)生變化。隨著顆粒間摩擦系數(shù)的增大，其對(duì)應(yīng)的初始彈性模量及峰值強(qiáng)度也越大，而關(guān)系曲線逐漸由應(yīng)變硬化向應(yīng)變軟化轉(zhuǎn)變;在體變-軸變曲線中，摩擦系數(shù)越大，相應(yīng)的剪脹現(xiàn)象也越明顯。
　　(2)基于粉土及生物改性粉土的循環(huán)三軸試驗(yàn)結(jié)果，采用等應(yīng)力幅和等應(yīng)變幅兩種加載方式，對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，討論不同細(xì)粒含量、應(yīng)變幅值條件下，土體動(dòng)力特性的變化規(guī)律。數(shù)值結(jié)果顯示，采用等應(yīng)變幅值循環(huán)雙軸加載方式的顆粒流數(shù)值，可再現(xiàn)室內(nèi)試驗(yàn)孔壓累積、強(qiáng)度

4、衰減、剛度衰退、“初始液化”等液化特性，并能夠定性地模擬循環(huán)加荷條件下液化破壞標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)試驗(yàn)的一般規(guī)律;采用等應(yīng)力幅值循環(huán)雙軸加載方式的數(shù)值模擬，可通過在細(xì)顆粒間采用線性接觸模型，并且調(diào)整側(cè)墻的位移速率，再現(xiàn)應(yīng)變破壞和液化破壞的雙重標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)模型試驗(yàn)過程，其動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系及動(dòng)孔壓變化規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。
　　(3)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示細(xì)粒含量的填充對(duì)粉土的液化特性影響明顯。PFC3D數(shù)值分析中，細(xì)顆粒間加入粘結(jié)模型后，兩種數(shù)值計(jì)算

5、結(jié)果中動(dòng)強(qiáng)度隨細(xì)顆粒填充量變化的規(guī)律基本相似。數(shù)值試樣的動(dòng)強(qiáng)度并不隨細(xì)粒含量的增加呈單調(diào)變化，而是存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，填充的細(xì)粒含量低于該點(diǎn)時(shí)，動(dòng)強(qiáng)度呈遞減趨勢(shì)（等應(yīng)變幅值加載）或變化不大（等應(yīng)力幅值加載），高于該點(diǎn)時(shí)，動(dòng)強(qiáng)度呈顯著遞增趨勢(shì)，這與前人的試驗(yàn)規(guī)律相似。進(jìn)一步說明土體宏觀力學(xué)響應(yīng)是微細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果。
　　(4)細(xì)粒填充的粉土宏觀液化過程在細(xì)觀上對(duì)應(yīng)于一定的組構(gòu)變化規(guī)律?！俺跏家夯鼻埃骄佑|數(shù)隨振次的增加持續(xù)減少;“