粗粒土与结构接触面的可逆性与不可逆性剪胀规律

进行了粗粒土与结构接触面的单调和往返剪切试验,研究了接触面的剪胀特性。试验结果表明,接触面的剪胀体应变是由一个完全可逆性的体应变分量和一个不可逆性的体应变分量构成的。不可逆性剪胀体应变反映了接触面内的土颗粒破碎和剪切压密两种物态变化,其变化规律与接触面的应力相对位移关系的演化规律具有相似性,是接触面力学特性演化的一个重要量度。可逆性剪胀体应变存在相变点,并表现出明显的剪切异向性,该异向性的主要内因是由于剪切引起的结构面附近土的结构异向性。基于接触面受力变形机理分析,引入有效剪应变等概念,建立了剪胀方程。

砂土的可逆性和不可逆性剪胀规律

基于对较高精度的砂土扭剪试验成果的分析,表明砂土的剪胀是由一个完全可逆的体应变分量和一个不可逆的体应变分量构成的。前者取决于现时剪应变的大小,后者则主要取决于剪切作用的历史。砂土剪胀的可逆性与剪切过程中相对滑移机制以及颗粒转动引起的砂粒集合平均定向率的可逆变化有关,而砂土剪胀的不可逆性则可能是剪切过程中砂颗粒破碎、平均孔隙率减少及大孔隙消失的结果,它们分别服从不同的剪胀规律。

粗粒土与结构接触面往返剪切试验的PFC2D数值模拟

为研究土颗粒的细观,利用PFC2D对粗粒土与结构接触面往返剪切试验进行数值模拟,研究接触面的剪胀特性与颗粒平移、旋转、破碎的关系及体应变可逆性和不可逆性规律.当不考虑颗粒破碎时,土体具有可逆性剪胀体应变;当考虑颗粒破碎时,土体具有不可逆性剪胀体应变.验证接触面体应变是由一个可逆性体应变分量与一个不可逆性体应变分量构成的.PFC2D位移场试验及类长形颗粒定向试验表明可逆性体应变主要由颗粒平移和颗粒自身旋转产生.对考虑颗粒破碎现象的黏结模型分析表明,不可逆性体应变主要由压密和破碎两种物态演化现象产生,颗粒破碎起主要作用.

粗粒土与结构接触面受载过程中的损伤

进行了粗粒上与结构接触面单调和循环加载试验,基于宏细观测量结果,扩展了损伤概念以描述该类接触面在受载过程中的物态演化,及由于物态演化导致的力学特性从初始状态到最终稳定状态的连续变化过程.揭示了接触面损伤的细观物理基础主要是接触面内土的颗牲破碎和剪切压密这两种物态演化;指出接触面的剪胀体应变可以划分为可逆性和不可逆性剪胀体应变两部分,其中不可逆性剪胀体应变可作为接触面损伤发展的宏观量度,因此其归一化形式可作为一种损伤因子的定义;提出了建立粗粒土与结构接触面一种损伤本构关系的基本思路.