砂土介质剪切带演化及其特征的离散元方法模拟

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1、硕士学位论文砂土介质剪切带演化及其特征的离散元方法模拟作者姓名黄文博学科专业结构工程指导教师房营光教授所在学院土木与交通学院论文提交日期2015年6月DiscreteElementMethodSimulationofShearBand’sDevelopmentandCharacteristicinSandADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangWenboSupervisor：Prof.FangYingguangSouthC

2、hinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TU4学校代号：10561学号：201220105623华南理工大学硕士学位论文砂土介质剪切带演化及其特征的离散元方法模拟fV老货名：»文WIS泞教灼姓幺、职称：KS光WK中B学位铍齓I学领十宁科专业名移：结构If?S允方向：tftT结构论文W交口年6月3H论文答期：015年6t□学位技J*，单位•.牛南埋:L大亇学fe找千nw:：L〇is年6fl：*>H龙员公成平南理工人学学位论文原创性声明本人郑取声明：

3、所呈交的论文足木人在导师的指独立进行研允所取得的研宄成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人戍集体d经发表或撰马的成采作品6对木文的研宄做出审处贡畎的个人和樂体，均K在义中以明确方式标明。木人完全旮识到木戸明的法祚后果rtj本人承担,作者签名：黃久邊II期：十：6月万FI学位论文版权使用授权书木#位论:义作斤究全/解学校有关保留、使用学位沦义的规定，B

4、J:m宂生迮校攻诶学位明间论文1:作的知识产权单位屈屮南邱I:人7。学校有权保存并向闲家奋关部门或机构送交沦文的复印件和

5、电/版，允许学位论文被佥阅（除在保密期内的保密论文外）：7校可以公布学位论文的全部成部分内猝，可以允许采用影印、缩印成其它茇制手段保#、汇编学位论义、木人屯子义袢的内容和纸质论文的内界相一致。本#位论文屈扣：□保密•合:_____什解密后适用木授权书《在和保密.同送在校园网卜.发布，供校内师小fn马学校有共亨协汶的单位浏览；问意将本人学位论义提交中阳卞木期n(光盘版）电+泶忐社全文出版，fn细入CNKI《中网知识资源总痄》，传揣学位论义的全郃成部分内(请在以h相应方框内打“v”）作齐签名：袭之气

6、口朗：乂(5.^指分教师签名：4/^石.HJ911PIS-.6.G摘要滑坡作为一种重要的地质灾害，对滑坡的形成及机理的研究常常是本学科的重点。滑坡中岩土体滑移面的破坏与剪切带的形成密切相关，所以研究剪切带的形成与演化机理对研究和防治滑坡有重要意义。本文使用PFC2D离散元软件对砂土颗粒介质进行双轴压缩试验的数值模拟。从速度场、位移场、转动场以及力链网络等4个方面对砂土颗粒介质体系在双轴压缩试验中剪切带的形成与演化的过程和机理进行了详细的分析；对剪切带的倾角和厚度进行了简单的探讨；通过对剪切带内、

7、外孔隙率，配位数及应力水平的定性分析来阐述剪切带形成的应变局部化现象，揭示了剪切带形成与演化的内在机理。并把颗粒物质的堵塞和流动概念应用于剪切带的演化分析中，最后还验证了剪切带的形成与演化具有明显的类固-液转化特征。根据剪切带的形成与演化所具有类固-液转化特征，本文使用PFC3D离散元软件对砂土颗粒进行周期边界条件下的单剪流动的数值模拟。从应力、有效摩擦系数、配位数、净接触时间数、惯性指数和体系体积变化等6个角度分析剪切速率、颗粒摩擦系数和恢复系数对类固-液转化过程的影响。发现孔隙比和剪切速率对

8、类固-液转化过程有明显影响，而摩擦系数和恢复系数对类固-液转化过程的影响很小。但是摩擦系数大、恢复系数小的颗粒体系更易发生凝滞；摩擦系数小、恢复系数大的颗粒体系更易发生流动。同时发现周期边界条件会使颗粒体系的单剪流动中密砂发生体胀时伴随着应变硬化，而松砂发生体缩时伴随着应变软化。因此提出要谨慎使用并进一步研究周期边界条件。根据堵塞和堵塞相图的概念，使用孔隙比e、剪切应力?和剪切速率?̇建立了?−?̇−?相变图，使用孔隙比e、剪切应力?和光滑系数?建立了?−?−?相变图。这些相变图能够直观地反映颗

9、粒在剪切流动中所处的状态。本文最后还把?−?̇−?相变图应用于剪切带的演化规律的定性分析中。关键词：离散元方法；PFC；剪切带；类固-液转化；堵塞IAbstractLandslideisoneoftheworstgeologicaldisasters,thusanalysisoftheformationanddevelopmentoflandslideisalwaysafocusofcivilengineering.Astheslopefailurewhichcausethelandsideis