黏性土的細(xì)觀三軸模擬與微觀結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、黏性土是巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒經(jīng)過(guò)不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中生成的弱黏結(jié)沉積物;顆粒單元體對(duì)其宏觀力學(xué)性質(zhì)有很大的影響。本文利用三維理想離散元顆粒流的方法對(duì)黏土進(jìn)行了常規(guī)三軸試驗(yàn)的細(xì)觀模擬，對(duì)加載過(guò)程中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、體應(yīng)變發(fā)展規(guī)律以及顆粒的接觸黏結(jié)強(qiáng)度、剛度、摩擦系數(shù)等細(xì)觀參數(shù)的改變所引起的宏觀力學(xué)特性的變化進(jìn)行研究。并以杭州原狀軟黏土為研究對(duì)象，通過(guò)利用空心圓柱扭剪儀(HCA)進(jìn)行一系列的不同主應(yīng)力方向下的定向剪

2、切試驗(yàn)和純主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，借助掃描電子顯微鏡(SEM)和顆粒與裂隙識(shí)別與分析系統(tǒng)(PCAS)對(duì)試驗(yàn)后試樣中樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量研究，分析了不同主應(yīng)力方向下的樣品在同一微觀觀測(cè)面上及同一樣品在不同觀測(cè)面上微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律。主要得出了以下結(jié)論：
　　1.通過(guò)三維理想離散元顆粒流的方法(PFC3D)對(duì)黏性土三軸試驗(yàn)的細(xì)觀模擬，可得到與室內(nèi)土工試驗(yàn)變化趨勢(shì)相一致的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，但顆粒流細(xì)觀模擬中顆粒形狀單一，導(dǎo)致細(xì)觀數(shù)值試驗(yàn)的

3、強(qiáng)度要略為偏低些。細(xì)觀模擬中，數(shù)值試樣的初始孔隙率對(duì)體應(yīng)變特性影響相當(dāng)大;顆粒間的摩擦系數(shù)的增加將引起峰值強(qiáng)度及剩余強(qiáng)度的明顯增大，且出現(xiàn)應(yīng)變軟化加劇的現(xiàn)象;顆粒接觸模量的增加致使材料初始的線(xiàn)彈性模量及剪脹特性發(fā)生顯著變化;顆粒剛度比的增加主要引起材料泊松比的增加及剪縮特性增強(qiáng);法向黏結(jié)強(qiáng)度的增加則將極大的提高材料的峰值強(qiáng)度和剩余強(qiáng)度，對(duì)初始的線(xiàn)彈性模量及剪脹剪縮性也有一定的影響。
　　2.大主應(yīng)力方向角α的增加，定向剪切試驗(yàn)中，

4、徑向面(ZO)和水平面(RO)上顆粒的尺寸變化較大;水平面上(RO)顆粒的定向性將會(huì)不斷增強(qiáng)，而ZO面和ZR面上均先增加后減小且在α為60°時(shí)顆粒排列的有序性最好;三個(gè)面上顆粒形狀的復(fù)雜性均在α為60°時(shí)達(dá)到最大。主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)軸試驗(yàn)中，主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角α的增加，主要對(duì)ZO面和RO面上顆粒的尺寸、排列、形狀的影響較大，而對(duì)RO面上的影響基本以忽略。
　　3.大主應(yīng)力方向角的變化對(duì)顆粒微觀結(jié)構(gòu)的影響很好地揭示了“定向剪切中在α為50°時(shí)