土石混合體大型三軸試驗(yàn)及其細(xì)觀力學(xué)特性的PFC模擬.pdf

1、土石混合體是一種特殊的材料，其性質(zhì)介于土與石之間，在大自然中有著相當(dāng)廣泛的分布。隨著近些年來(lái)國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的大力投資，大量的房屋建筑和公路、橋梁隧道等工程興建起來(lái)，人們開(kāi)始越來(lái)越多的發(fā)現(xiàn)并接觸這種地質(zhì)體。土石混合體具有一定的不均勾性和不確定性，而由于目前對(duì)這種地質(zhì)體的特點(diǎn)和工程指標(biāo)了解匱乏，處理的方法往往偏于保守。因此研究其物理力學(xué)性質(zhì)和變形特性具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　本文依托重慶軌道交通十號(hào)線上灣路～環(huán)山公園區(qū)間的回

2、填土區(qū)段，通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)字圖像處理和PFC數(shù)值模擬等方法，對(duì)回填土區(qū)段的土石混合體宏細(xì)觀力學(xué)特性做了較為深入的研究。本文主要開(kāi)展的研究工作和成果有
　?、倮矛F(xiàn)場(chǎng)采樣進(jìn)行篩分試驗(yàn)，得到土石混合體的級(jí)配曲線，然后配置不同含石量（0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%）的試驗(yàn)樣本，在不同圍壓下（200kPa，400kPa，600kPa，800kPa）進(jìn)行室內(nèi)三軸試驗(yàn)。結(jié)果表明隨著圍壓的增大，土

3、石混合體填料由應(yīng)變軟化型破壞逐漸過(guò)渡到應(yīng)變硬化型破壞，相應(yīng)的體應(yīng)變由剪脹型過(guò)渡到剪縮型，且含石量越高，較低圍壓的應(yīng)變軟化及剪脹現(xiàn)象越明顯，而較高圍壓的應(yīng)變硬化及剪縮現(xiàn)象越弱，同時(shí)隨試樣的含石量從0%增加到80%，內(nèi)摩擦角總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而粘聚力呈下降趨勢(shì)。
　?、诶煤Y分后的土石混合體，配置不同含石量的樣本，進(jìn)行數(shù)字采集，自編一個(gè)程序，利用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)字圖像的二值化處理，得到不同含石量的土石混合體二值化圖。
　　

4、③根據(jù)二值化圖形，建立PFC的數(shù)值模型，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)室得出的應(yīng)力應(yīng)變曲線，體積應(yīng)變曲線和c，?值來(lái)標(biāo)定模型的微觀參數(shù)，建立計(jì)算模型，來(lái)模擬雙軸試驗(yàn)全過(guò)程。數(shù)值模擬過(guò)程中通過(guò)設(shè)定不同含石量（200 kPa，400 kPa，600 kPa，800kPa），不同加載速（1mm/min，1.5mm/min，2mm/min，3mm/min），和不同尺寸(300×600mm，450×900mm，600×1200mm，900×1800mm)等3個(gè)影響

5、因素，來(lái)探索土石混合體的細(xì)觀力學(xué)特性的變化規(guī)律。
　　④數(shù)值模擬結(jié)果表明1）分析各軸向應(yīng)變-偏應(yīng)力曲線可知，加載環(huán)境一致，含石量對(duì)模型剪切特性影響顯著，含石量越高，則偏應(yīng)力峰值越大，模型表現(xiàn)出更大的剛度，剪應(yīng)力-剪切應(yīng)變曲線近彈性段的斜率越大，偏應(yīng)力峰值對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變?cè)叫?。分析各軸向應(yīng)變-體積應(yīng)變曲線可知，隨著含石量逐漸增大，軸向應(yīng)變由剪縮逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧裘洠醇裘浶灾饾u增強(qiáng)。2）在試樣級(jí)配、加載條件均保持不變的情況下，模型尺寸增大，

6、偏應(yīng)力峰值呈減小趨勢(shì)，偏應(yīng)力峰值對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變也有所減小。對(duì)于軸向應(yīng)變-偏應(yīng)力曲線的近彈性段，模型尺寸的變化對(duì)其影響不大，可以認(rèn)為模型尺寸與模型整體的剛度無(wú)關(guān)。分析軸向應(yīng)變-體積應(yīng)變曲線可知，隨著模型尺寸增大，剪脹量逐漸減小，即剪脹性逐漸減弱。3）加載速率下的軸向應(yīng)變-偏應(yīng)力曲線都經(jīng)歷兩個(gè)階段，即初始應(yīng)力增長(zhǎng)較快的線彈性變形階段，和后來(lái)的應(yīng)力緩慢增長(zhǎng)的階段。由第一階段進(jìn)入第二階段的主應(yīng)力差隨著加載速率的增加而有明顯增加,即試樣初始彈性模