砂土力學(xué)特性及臨界破壞三維離散元數(shù)值模擬.pdf

1、砂土是一種典型的顆粒離散介質(zhì)，具有明顯的各向異性，在外荷載作用下呈現(xiàn)復(fù)雜的力學(xué)特性。關(guān)于砂土材料的力學(xué)特性及其臨界破壞的研究一直是重要的課題。砂土的宏觀力學(xué)特性在很大程度上受到其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響，并且內(nèi)結(jié)構(gòu)在受荷過(guò)程中也會(huì)不斷發(fā)生演化。因此為了準(zhǔn)確地掌握砂土的力學(xué)特性并開(kāi)展具有物理細(xì)觀機(jī)制的本構(gòu)模擬，需要對(duì)砂土特性從細(xì)觀尺度進(jìn)行研究分析。
　　本文的研究目的是揭示砂土顆粒材料在三軸應(yīng)力路徑下內(nèi)結(jié)構(gòu)及其演化規(guī)律，并探討砂土臨界破壞

2、的宏細(xì)觀特性。采用離散單元數(shù)值模擬，利用半徑擴(kuò)展法和重力沉積法兩種試樣制備方法，獲得具有不同初始各向異性的試樣，在三軸壓縮和拉伸兩種應(yīng)力路徑下進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)，并采用組構(gòu)張量對(duì)砂土的各向異性進(jìn)行量化，分析和探討不同試樣密度、圍壓、初始各向異性、加載模式和排水情況等對(duì)砂土試樣宏微觀力學(xué)特性的影響，并對(duì)砂土臨界破壞狀態(tài)進(jìn)行研究和分析，探討臨界狀態(tài)的唯一性。
　　本文的主要結(jié)論如下:1）試樣的密度、圍壓和排水條件對(duì)材料的剪切特性有影響，

3、當(dāng)試樣達(dá)到足夠大剪切應(yīng)變(εa＞60％)時(shí)，達(dá)到臨界破壞;2）不同的制樣方法獲得的試樣具有不同的初始各向異性，并且對(duì)剪脹性有重要影響;當(dāng)各向異性程度越大且組構(gòu)方向與加載方向越一致，剪脹性越顯著，同樣地初始組構(gòu)各向異性在剪應(yīng)變較小對(duì)試樣的力學(xué)行為有影響，但對(duì)其臨界狀態(tài)沒(méi)有影響;3）砂土試樣達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)組構(gòu)張量具有唯一性，其方向與加載方向一致，而采用密度度量的各向異性大小則僅與剪切模式（或羅德角）有關(guān);4）加載模式對(duì)試樣的宏觀力學(xué)特性和微