浅谈土的工程力学性质的细观研究——应力应变关系剪切带的颗粒流模拟

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1、同济大学博士学位论文土的工程力学性质的细观研究——应力应变关系剪切带的颗粒流模拟姓名：池永申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：周健2002.1.1摘要f二L不INi=金属等一般固体材料，其性状是相当复杂的，它既不是理想f由弹性利剁，也＼不是理想的塑性材料。造成土的复杂变形特性的最主要原凼是它的碎敞性。往人们将物质形态分为气态、液态和固态之后，习惯于认为固体是连续的。日前大多数的数值计算都是精这利，连续体离散化。尽管人们早就认识到应当从微观角度研究二f二的独特的应力变形性质．但是这种硼’究毕竟太复杂，因

2、而很难建立宏观与微观的定量关系．土的另～方面的复杂性在于其结构性，研究土结构性问题可以从细jl!Il形态入下．应I{!l：注意揭示二L颗粒排列的几何特征，又注意揭示土颗粒联结的力学特征，I司叫将结构0组+勾棚结合，探讨土的非均质性，各向异性。土休剪切怡的形成足土体IJ、J部变形场某利-局ffI；化的突变机制所ijI起I．

3、{J．⋯jll；x，JJ：t：体剪切带形成机理的研究，很大程度上依赖于材制细观层而的力学特性的深入驯究。本文首次引入颗粒流理论并开发颗粒流数值模拟技术，克服传统连续介质力学模型的宏观连续性

4、假设，模拟了土体的应力应变关系曲线，对土体勃切带形成与发腮进,Kfl,观数值模拟，将土体微细观结构与宏观力学反应联系起来．使对土体翦嘲带形成=1=l】演化等渐进破坏过程有更深入的理解和发现。’卜—／／本文通过大量的参数试算与硼f究，分别建立了与室内试验结粜川似n勺{沙一1．州朴陀I-f向颗粒流横iI!!。砂土颗粒流模型采用无粘结力的颗粒集合模’卧通过模拟砂I．1i内x义轴试验的应力应变曲线，发现试验曲线与室内曲线丛木吻合．说I刿所建●．的砂I+州粒流梭型可以代表原室内试样进行更进一步的研究。研究了砂土颗粒流

5、模型试样的细观参数变化剥老删现象的影响，包括_I!!《粒粒径、颗粒蚓摩擦系数、颗粒"』!ff接Jj)!J“焚j^iJ

6、：十Ftj；『』女ff孔隙度等参数变化对宏观现象的影响．朴肚上颗粒流模型中引入了颗粒接触连接本构模型．接触连接强度可以模拟枇性上的，初始粘聚力。f通过不同田压下上海粘性上的平面应变试验模拟发现．在Ⅲ胍为25kPaII、】，应力应变关系曲线与室内试验结果基本吻合，但在其他围压情况下．吻合a；足很好．特别、、／—、r“一‘在峰值应力以前，不能有效地再现粘性土的结构性。j程柏性l二模型试验cl一土

7、蝶分"i1’颇粒／摩擦系数、颗粒粒径比、颗粒初始接触模量和试样加载速率等卸】观参数的变化刈宏观I见缘的影响。厂在砂J二颗粒流模型扯fi：l；上．进行砂土剪切带的模拟分析。／’j室内Tovm-ra砂00剀一淞i武验结果比较接近．特别是剪切带的倾角很接近。对比不同围压下砂：i：剪切带的形成与发展．07弋过程以及最后形成的恒定剪切带形状。J分析了颗粒粒径、颗粒刚度、颗粒摩擦系数和试样孔隙度等细观参数变化时，翦切带性状变化规律。(粘性土剪切带的颗粒流模拟结果显示，PFC模型试验结果与室内试验基本吻合J通过／、，一6

8、PFC试样裂隙跟踪．分析在平面应变试验过程中，裂隙波及范倒来研究翦切带的宽度。同m分析了一些细观参数变化对粘性土剪切带性状的影响。关键词：砂一l：，粘性上，应力一应变关系，剪切带，颗粒流，细观模拟ABSTRACTSoil．whicllisnotsallleasluetal，hasmuchcomplicatedpropertiesItisneitherperfectelastic11latcrialllor1)crfectplasticulaterial．Tilekeyreasonthatresultsi¨t

9、hcconlplicatcddistoItie．,propertiesofsoilisitsfragmentary．ItisaccustomedtoconsidersolidaScontinoousaftertilesubstanceinorl)hologyisfallenintogaseity，liquidandsolidNowtileCOlltillualnispartedinmostofallinelicalmethods．IthasbeenacquaintedearlytoStlldythestre

10、ssanddistortionpropelticsofsoilfromtilepointofmicrocosmicview,butsuchresearchistoocomplicatedtobuildquantitativerelationsbetweenlnicrocosmieandnlacrocoslnicThesoillulcrocoslniestructureresultsinitsanothercomp