基于能量法判别砂土破坏的力学响应研究.pdf

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1、露天采矿技术2012年增刊·9·基于能量法判别砂土破坏的力学响应研究苏强(中煤平朔煤业有限责任公司东露天矿计划经营部，山西朔州036006)摘要：以颗粒流数值软件PFC∞为平台，模拟往复不完全卸载双轴砂土破坏试验，从能量角度将变形过程中的能量变化与剪切带的生成和发展结合起来研究砂土剪切破坏，引入塑性破损指标来量化砂土破坏规律，初步探讨了基于能量法量化砂土的破坏机制，取得了较有意义的研究成果，为基于能量角度来判别砂土破坏，提供一条研究思路。关键词：剪切带；砂土；能量中图分类号：P58‘文献标识码：B文章编号：1671—9816(2012)S1—0009—0

2、5StudyofdiscriminationsandsoildestructionmechanicalresponsebasedonenergymethodSUQiang(EastCoalMinePlanninganderationDepartmentofChinaCoalPingshuoCoalCo．，Ltd,Shuozhou036006,China)Abstract：ThePFCnumericMsimulationsoftwareisusedastheplatformtoperformbiaxialsanddestroytestonnotcomple

3、telyuninstall，combinatingtheenergychangesduringthedeformationwiththeformationanddevelopmentofshearbandtostudysandshearfailure．Andintroducingtheindexofplasticdamagetoquantifythedestructionofsand，discussedandquantifiedthefail~remechanismofsandbasedontheenergymethod，whichhasobtained

4、ameaningfulresearchachievements，forsanddestructionbasedontheangleofenergy，provideanewresearchtrainofthought．Keywords：shear；sandsoil；energy能量耗散机理与颗粒物质细观力学作为当前岩土领域的研究热点，虽已取得了一定的研究成果，然热力学定律对于自然界中的一切材料都适用。而从能量耗散角度和宏细观尺度来研究砂土的剪切当然，岩土材料也不例外。岩土颗粒材料作为典型的破坏甚为少见。因此，本文以平朔东露天矿砂质黄土能量耗散体系，外界输入

5、的能量通过体系内部颗粒为材料依据，利用PFCzD颗粒流数值软件模拟往复间的重新排列、相互摩擦而耗散。能量耗散机理在岩不完全卸荷砂土双轴试验，根据应力一应变曲线与土材料中的许多方面均有应用，比如剑桥本构模型剪切带的形成和发展，并结合变形过程中能量的变认为外力所做的功等于摩擦耗散掉的能量；国外学化规律，引入塑性破损指标来量化砂土破坏力学机者DavisandBerrill、LawandCao等【尝试从能量制，取得了较有意义的研究成果，为基于能量角度判耗散角度判别和评估土体液化；我国学者谢和平、彭别土体破坏提供一条研究思路。瑞东[3】等人从能量角度分析研究了山西

6、平朔露天矿岩石的变形破坏过程。随着细观力学的不断发展以2双轴压缩试验建模及离散元数值方法的日臻成熟，以PFC∞颗粒流数2．1试样参数设置及其制备值软件为代表的数值模拟技术在岩土材料的力学性山西平朔露天矿地处黄土高原，其土质为典型能研究中也得到了广泛的应用。该程序除了能给出的黄土砂质，图1为颗粒放大图。因PFC如程序中颗宏细观结果外，还能够跟踪整个变形过程中各种能粒形状为纯圆形，而图中的砂粒为类长形颗粒，因量的变化。近年来，国内外学者利用颗粒流数值软件此，本文将砂土颗粒进行简化处理均看作类长形颗对岩土材料的力学特性进行了诸多的研究。粒。具体是通过程序中的F

7、ISH语言将直径为的圆形收稿日期：2011-12—31颗粒转化为一个由3个直径为的圆形颗粒组成的异作者简介：苏强(1982一)，男，研究生，2011年毕业于宁夏大学力学专业，现在中煤平朔煤业有限责任公司东露天矿形颗粒来模拟。其中小圆颗粒彼此的圆心连线成一计划经营部工作。直线，如图2所示。·12·露天采矿技术2012年增刊避辎魁600O8O00lO00o120oOl4O0016Oo0180002000O(a)力链形态图(b)局部力链放大图计算时步图10试验完毕后的力链分布图图l1试样变形过程中体系内摩擦耗散能的变化链包围的灰色区域为弹性区，此区域中的颗粒处

8、于弹性状态，如果周围的塑性变形不恢复，这部分弹性变形也就不会恢复。3．3变形过程