关键词:
颗粒形状
砂卵石土的直剪试验
离散单元法
宏观力学性能
细观特征
摘要:
砂卵石土是一种特殊的散粒体粗粒土,广泛应用于各种大型工程中。自然界中天然形成的砂卵石形状不一,大量岩土工程实践表明,砂卵石土拥有良好的抗剪性能。由于砂卵石土体的剪切性能的对其工程力学特性具有一定的影响作用,所以深入研究砂卵石土体对剪切性能的影响因素对于实际工程的具有重大意义。随着岩土工程的深入研究,对砂卵石的研究提出了更高的要求。本文运用砂卵石土体的直剪试验和数值分析来研究颗粒形状对其性能的影响,主要研究内容及结论如下:(1)依托对砂卵石颗粒形状与尺寸的观测,对数据进行特征统计分析,得出颗粒形状的分布特点,并得到实验室随机土样颗粒形状参数的分布范围。通过对参数进行分析,发现颗粒的扁平度对砂卵石土体形状的影响较大,且大多数颗粒扁平度集中在1.2~2.2之间。(2)通过进行砂卵石土体的直剪试验,分析颗粒形状对其力学性能的影响。根据不同的扁平度设置三种不同形状的颗粒,模拟三种不同压力状态下颗粒的受力特征,根据其剪应力-位移曲线图和峰值图对比,发现竖直压力的增大会使颗粒的剪应力增大,扁平度的升高会使颗粒的剪切性能增强。(3)基于颗粒流离散元方法,来模拟砂卵石土体的直剪试验。依托其剪应力-位移曲线图,将数值模拟与直剪试验进行对比分析,验证其数值模拟的可行性。运用可行的数值模拟技术,对其进行速度场、位移场等宏观力学性能的分析。经过分析,随着颗粒扁平度的增大,颗粒运动的速度会随之降低,颗粒的位移也随之减少。(4)进一步挖掘离散元软件得出的细观参数,从细观层次分析颗粒形状对砂卵石土体旋转角度、平均配位数、接触力链等影响。分析表明,颗粒的旋转是交替变换,并且随着颗粒扁平度的增大,颗粒越难以转动,并且其平均配位数随之增大,颗粒力链变得较为稀疏却更加稳定。