应力路径对砂土剪切模量影响的颗粒流模拟.pdf

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1、浙江建筑，第27卷，第5期，2010年5月Zh~iangConstruction，Vo1．27，No．5，May：2010应力路径对砂土剪切模量影响的颗粒流模拟GranularFlowSimulationoftheEfectofStressPathontheShearModuleofSandVSoil计国贤，胡敏云，沈一帆JlGuo-xian，HUMin—yun，SHENYi／7,(浙江工、I大学建筑工程学院．浙江杭州310014)摘要：剪切模量是衡量土体变形能力大小的一个重要指标，影响土的剪切模量的因素有很多，如平均有效主应力。孔隙比。超固结比等。本文主要研

2、究不同应力路径对砂土剪切模量的影响。基于颗粒流理论的离散元数值模拟，对于不同的固结方式和应力路径对剪切模量的影响进行了数值模拟，固结方式采用等压固结和固结，当平均应力达到150kPa，再沿着六条不同的应力路径进行剪切。研究表明，由固结方式不同造成的偏应力，影响了土的结构，导致固结后试样在压缩时配位数较低，孔隙率较大，剪切模量衰减程度较大，但当试样拉伸时，所得的结果刚好相反。当应力路径不同时，沿着均应力为正的应力路径。试样处于压缩阶段，配位数一直处于上升趋势，孔隙率降低，剪切模量衰减程度也随之减小。关■词：固结方式；应力路径；剪切模量；颗粒流模拟中圈分类号：TU

3、411．7文献标识码：A文章编号：1008—3707(2010)05—0029—04研究表明，剪切模量是衡量土体变形能力的一土的动剪切模量和阻尼比进行了系统的研究，探讨个重要指标，是土的基本参数之一，在土工分析中是了围压对剪切模量和阻尼比的影响等，得到了很多一个不可或缺的参数。国内外很多学者对剪切模量有意义的结论。进行了诸多的研究，如Hardin&Richart⋯提出了著从上述的研究成果可以发现，对剪切模量的影名的Hardin公式：G=AF(e)(or)OCR，明确了响因素研究多集中在平均有效主应力、孔隙比、超固土的平均有效主应力、孔隙比、超固结比对剪切模量结

4、比、土性参数、大气压等。近年来，应力路径对砂土剪切模量的影响受到了研究人员的重视，但还有的影响。Seed&Idriss建立了计算砂土小应变剪待进一步的研究。在数值模拟方面，离散元数值模切模量的计算公式：G⋯=21．7k⋯P。(or。／p)，明拟受到了研究人员的关注，它在模拟过程中得到宏确了土的土性参数、大气压、平均有效主应力对砂土观变量的同时，又可以得到细观参数，对于揭示砂土的剪切模量的影响。祝龙根以福建饱和砂样为的变形机理提供了一个新的途径。本文将利用离散例，对Hardin经验公式进行了进一步的修订，提出元数值模拟的颗粒流理论，在不同应力路径条件下了一个确定

5、最大剪切模量的经验公式：G⋯=5800-。对砂土剪切模量的影响进行数值模拟，在得到宏观(21．7一e)／(1+e)，进一步明确了剪切模量与平现象的同时，对其细观机理进行探讨。均有效主应力和孔隙比的关系。张培森研究了1试样的生成与加载条件应力路径旋转对剪切模量的影响，得到在小应变范围内，剪切模量的初始值随试验应力路径与近期应1．1试样生成力间的夹角0增大而增大。陈国兴等对不同地区根据实验室制备砂的原理，在制备数值试样时，(南京、苏南地区、长江中下游地区)的新近沉积首先生成砂箱，再在砂箱里生成砂粒，本文中砂箱尺收稿日期：2010一O1—25作者简介：计国贤(198

6、3一)，女，浙江海盐人，硕士研究生，从事砂土力学特性的研究。30浙江建筑2010年第27卷寸40mmx20mm。颗粒采同对砂土剪切模量的影响，分别进行了两种不同的用半径扩大法生成，先设定固结方式，第一种为等压固结，=or=150kPa，P一个初始的孔隙率、颗粒的=150kPa，q：0。第二种为固结，在固结过程中最大半径和最小半径，利用保持侧向应变为0，达到】=195kPa，or3=105kPa，PFC的颗粒生成程序，自测得Ko=0．54，P=150kPa，q：90kPa。为了得到动生成了2433个颗粒，试‘不同固结方式对剪切模量的影响，在p'-q坐标下对样采用

7、线性接触模型。生等压固结和固结后的试样分别沿45。和225。方成的试样见图I，具体参数向进行加载。为了得到不同应力路径对砂土剪切模见表1。量的影响，对等压固结后的试样进行了6条不同应1．2加载条件力路径的模拟，如图2所示，若未达到设定的应力目为了分析固结方式不圈1PFC。数值试样标，则按破坏前的应力路径进行对比分析。表1数值试样的基本参数45．Dl3＼／slO5／／5P，．D315．D225，1)270／kPa／％／％(a)轴向压缩情况(b)轴向拉伸情况(a)等压固结情况(b)固结情况图3不同固结方式条件下剪切模量和剪应变的关系图2应力路径试验路线图度最大。在

8、拉伸情况下，沿225。方向的剪切模量衰