堆積碎石土離散元細(xì)觀參數(shù)-宏觀力學(xué)參數(shù)相關(guān)性研究.pdf

1、堆積碎石土是土石混合體的一種，由強(qiáng)度較高的碎石和強(qiáng)度較低的土體，經(jīng)復(fù)雜成因形成的土與塊石的二重介質(zhì)混合體。由堆積碎石土組成的坡體和滑坡廣泛存在于我國各地（尤其是南方地區(qū)），容易引起工程滑坡或坍塌，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。國內(nèi)外學(xué)者對土石混合體力學(xué)特性和變形機(jī)制的研究越來越多，早期以室內(nèi)試驗或室外原位試驗研究手段為主。隨著離散元軟件的出現(xiàn)，為土石混合體不連續(xù)介質(zhì)的數(shù)值模擬提供了可靠的平臺，并且數(shù)值模擬試驗花費(fèi)相對較低，精確性又能夠得

2、到保證，越來越受到研究學(xué)者的青睞。但是，在運(yùn)用離散元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬之前必須找到反映材料宏觀特性的細(xì)觀參數(shù)。由于細(xì)觀參數(shù)與材料自身的宏觀力學(xué)參數(shù)間存在諸多難以控制因素，并且這些因素之間非線性極為顯著，獲得兩者之間關(guān)系極其不容易，則細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定一般采用試湊法獲得，并且此過程需耗費(fèi)大量的時間和精力。為此，本文以昭山地區(qū)的堆積碎石土室內(nèi)試驗為基礎(chǔ)，運(yùn)用PFC3D離散元軟件生成含有不同形狀碎石塊的1:1堆積碎石土數(shù)值模型，通過標(biāo)定得到相應(yīng)地細(xì)觀

3、參數(shù)（相對誤差控制在10％以內(nèi)）。改變細(xì)觀參數(shù)，定量探討其和宏觀力學(xué)參數(shù)（粘聚力和內(nèi)摩擦角）之間的關(guān)系，得到細(xì)觀參數(shù)與宏觀力學(xué)參數(shù)間的的細(xì)-宏觀參數(shù)關(guān)系式，并對其可靠性進(jìn)行了驗證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴粘聚力與接觸粘結(jié)力、顆粒摩擦系數(shù)關(guān)系為線性正相關(guān)；同時受粘結(jié)力比值M=?c/?c的影響，當(dāng)M＜1時，粘聚力隨著M的增加而線性增加；M≥4時，粘聚力基本保持不變；⑵內(nèi)摩擦角與顆粒摩擦系數(shù)呈對數(shù)關(guān)系，與接觸粘結(jié)力呈拋物線關(guān)系；⑶得

4、到了細(xì)觀參數(shù)-宏觀力學(xué)參數(shù)的聯(lián)合關(guān)系式，通過了可靠性驗證。細(xì)觀參數(shù)-宏觀力學(xué)參數(shù)關(guān)系式是在含水率為7％的室內(nèi)試驗結(jié)果基礎(chǔ)上得出的，將關(guān)系式運(yùn)用到含水率為9％、11％和13％的室內(nèi)試驗結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定驗證：依據(jù)含水率為9％和11％、13％室內(nèi)試驗得到的c值，運(yùn)用細(xì)-宏觀參數(shù)關(guān)系式計算得到細(xì)觀參數(shù)，經(jīng)驗證其數(shù)值-室內(nèi)試驗結(jié)果相對誤差在10％以內(nèi)，說明通過細(xì)-宏觀力學(xué)關(guān)系式得到的細(xì)觀參數(shù)符合精度要求，關(guān)系式可靠。為后續(xù)土石混合體數(shù)值試驗研究進(jìn)行細(xì)