应力路径对砂土宏细观力学特性的影响

为了研究砂土宏观应力变形特征与配位数、接触力组构等微观参数的紧密相连性,基于离散元模拟方法开展了砂土等平均应力路径和等小主应力路径真三轴试验,分析了不同应力加载路径下砂土应力-应变关系、体变-应变关系,以及中主应力比(b)对配位数、法向接触力、组构各向异性等砂土微观性能的影响。结果表明:随b值的增大,等小主应力路径下试样峰值应力不断增大,而等平均应力路径下则相反;体积应变均表现为先剪缩后剪胀,且在剪缩阶段b值越大剪缩现象越明显;相同应力比下,沿常规轴对称拉伸的剪切比轴对称压缩诱发的组构各向异性更高;在轴对称拉伸应力路径上,低平均应力下组构各向异性诱导程度更明显;b值对于强偏组构线性关系的斜率几乎没有影响,但随b值的增加,强偏组构峰值减小;2种应力路径下整体强偏组构均随b值的增大而减小,但等平均应力路径下比等小主应力路径下表现更加明显。

考虑转动阻抗对砂力学特性影响的离散元分析

基于离散元法进行一系列砂真三轴剪切模拟试验,探讨了颗粒间转动阻抗对砂宏细观力学特性的影响。分析了不同抗转动系数下砂的力学特性,并从细观角度解释了转动阻抗的影响机制。结果表明:随着抗转动系数的增加,偏应力峰值及其对应的峰值内摩擦角相应增加,同时应变软化现象逐渐加剧。在细观层面,从有效配位数、概率密度、颗粒间法向接触力和各向异性的角度分析转动阻抗的影响机理。研究进一步发现,转动阻抗抑制了砂颗粒之间的相对转动,导致砂颗粒之间的平均配位数降低;砂颗粒间强接触力概率密度及接触力大小均随着抗转动系数的增大而增大;通过三维直方图直观定性分析由不同转动阻抗对法向接触力以及应力诱发各向异性的影响,同时结合第二不变量表征组构张量和法向接触力张量的各向异性,发现各向异性系数均随着抗转动系数的增大而增大。

考虑转动阻抗作用的砂土模拟直剪试验

基于离散单元法进行一系列砂土直剪数值模拟试验,探究存在转动阻抗作用时颗粒抗转能力与砂土相互作用间宏细观力学的内在联系。通过抗转动线性接触模型模拟砂颗粒间的接触本构关系,得出的宏观应力-应变特性、强度指标和剪切带变形规律与前人研究相类似,验证了砂土直剪数值模拟试验的可行性。细观层面,试样内平均力学配位数及强接触比例均随着抗转动系数的增大而减小。结合玫瑰图、偏组构和第二不变量表征的张量研究各向异性的演化规律发现:在剪切过程中,法向接触力和切向接触力的各向异性均随抗转动系数的增大而增大,其中强接触偏组构均大于整体接触偏组构,法向接触力张量均大于组构张量且与宏观抗剪强度变化规律具有一致性,这表明转动阻抗主要通过增大颗粒间强接触力的数值及其组构的各向异性程度提高抗剪强度,法向接触力各向异性对抗剪强度具有关键作用。