黏性土的細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)過不同的搬運方式，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黏土進行了常規(guī)三軸試驗的細觀模擬，對加載過程中應(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)強度、剛度、摩擦系數(shù)等細觀參數(shù)的改變所引起的宏觀力學(xué)特性的變化進行研究。并以杭州原狀軟黏土為研究對象，通過利用空心圓柱扭剪儀(HCA)進行一系列的不同主應(yīng)力方向下的定向剪

2、切試驗和純主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)試驗，借助掃描電子顯微鏡(SEM)和顆粒與裂隙識別與分析系統(tǒng)(PCAS)對試驗后試樣中樣品的微觀結(jié)構(gòu)進行定量研究，分析了不同主應(yīng)力方向下的樣品在同一微觀觀測面上及同一樣品在不同觀測面上微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律。主要得出了以下結(jié)論：
　　1.通過三維理想離散元顆粒流的方法(PFC3D)對黏性土三軸試驗的細觀模擬，可得到與室內(nèi)土工試驗變化趨勢相一致的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，但顆粒流細觀模擬中顆粒形狀單一，導(dǎo)致細觀數(shù)值試驗的

3、強度要略為偏低些。細觀模擬中，數(shù)值試樣的初始孔隙率對體應(yīng)變特性影響相當大;顆粒間的摩擦系數(shù)的增加將引起峰值強度及剩余強度的明顯增大，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;法向黏結(jié)強度的增加則將極大的提高材料的峰值強度和剩余強度，對初始的線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)顆粒的定向性將會不斷增強，而ZO面和ZR面上均先增加后減小且在α為60°時顆粒排列的有序性最好;三個面上顆粒形狀的復(fù)雜性均在α為60°時達到最大。主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)軸試驗中，主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)角α的增加，主要對ZO面和RO面上顆粒的尺寸、排列、形狀的影響較大，而對RO面上的影響基本以忽略。
　　3.大主應(yīng)力方向角的變化對顆粒微觀結(jié)構(gòu)的影響很好地揭示了“定向剪切中在α為50°時