基于PFC2D的砂土原生各向异性微观机理数值试验

采用颗粒流PFC数值模拟方法,生成符合标准砂室内单元试验结果的离散元数值试验试样。运用重力沉积法建立不规则砂土颗粒单元的平面双轴试验模型,给定不同沉积步数对试样不同初始原生状态进行模拟,然后分别从水平和竖直方向上施加荷载增量,得到不同沉积条件下不同加载方向上砂土试样宏观应力应变曲线和力学参数。数值试验结果显示,重力沉积步数对颗粒微观长轴定向排列、平均配位数有显著影响;初步建立了砂土微观结构变化和宏观应力应变曲线及力学参数的联系;分析了砂土试样表现出的宏观原生各向异性力学特性与内部颗粒结构的关系。

深圳粗粒花岗岩残积土原生各向异性特性研究

为研究深圳地区粗粒花岗岩残积土的原生各向异性特性,利用全自动三轴仪和渗透仪,对不同取样方向的原状样进行室内土工试验.研究发现,原状样的渗透系数具有明显的各向异性特性,0°和90°方向取样的试样渗透系数接近,但比30°和60°方向取样的试样渗透系数明显要大.原状样的抗剪强度参数各向异性特性明显,随着取样方向角度由0°、30°、60°和90°变化,试样的有效内摩擦角逐渐增大,但是30°和60°方向的有效内摩擦角差异较小;随着取样方向角度的增加,试样的有效黏聚力逐渐减小,60°和90°方向的有效黏聚力差异较小.

砂土的各向异性强度准则:原生各向异性

采用散粒材料的组构–应力微细观力学分析方法,在颗粒尺度上分析了砂土的原生各向异性强度特性。首先建立了砂土各向异性强度准则,若不考虑初始组构的变化,将蜕化为莫尔–库仑的原生各向异性强度准则,并可直接将现有的经典破坏准则推广到考虑砂土原生各向异性的情况,不需额外模型参数,方便于工程应用。接着基于三轴压缩与伸长试验破坏各向异性发展的不同,建立了考虑中主应力影响的简单破坏应力比–组构关系,建议了考虑组构演化的砂土原生各向异性强度准则,并考虑了砂土密实状态对其各向异性强度的影响。研究结果表明本文建立的原生各向异性强度准则,其物理机理比较明确,考虑了原生各向异性组构的演化,与真三轴试验结果吻合较好,有助于从微细观机理上分析砂土的原生各向异性强度特征。

昆明泥炭土工程性质原生各向异性试验研究

基于一系列室内试验结果,系统分析了昆明泥炭土原生各向异性对固结变形、抗剪强度和渗透性质的影响,并从分析泥炭土特殊组分入手,探讨了其工程性质原生各向异性的产生机制。试验结果表明:高分解度泥炭土水平向与垂直向表现出来的变形特性差异不大,θ=45°方向土样在固结压力p较小时压缩模量Es及固结系数Cv较小,但当p增大到一定程度时,3个方向的变形特性趋于一致;分解度低的泥炭土更多呈现变形各向同性。抗剪强度方面,不含或含微量残余纤维的高分解度泥炭土抗剪强度原生各向异性程度较弱,主要体现在粘聚力上,内摩擦角的差异较小,且抗剪强度各向异性程度随着腐殖质含量增多而减弱;残余纤维含量多对泥炭土的强度各向异性能起增强作用。渗透特性方面,渗透系数k随切样角度θ增大而增大,即泥炭土水平方向的渗透性比垂直方向的强。泥炭土的各向异性机制复杂,在导致各向异性效应方面,矿质土颗粒、腐殖质及残余纤维产生了不同的效果。

原生和次生各向异性对软黏土强度和变形特性影响研究

为更好地区分原生各向异性和次生各向异性对软黏土的强度和变形特性的影响,对原生各向异性明显的原状软黏土和基本消除了原生各向异性的重塑黏土,利用空心圆柱扭剪仪进行了两种不同b值下主应力轴偏转角不同的不排水定轴剪切试验。试验结果表明原状黏土的内摩擦角以及归一化强度都随着主应力方向的变化先减小后增加,而重塑黏土变化不明显,说明主应力方向变化引起的次生各向异性对重塑黏土强度影响较小。此外,原生各向异性对土体的应力应变开展有较大影响,对孔压开展模式基本无影响,但会影响孔压开展幅值。近似各向同性的重塑土基本消除了原生各向异性,因此该试验可为主应力轴旋转等复杂应力路径条件下的土体各向异性的深入研究提供较好的参考。

基于墙后填土各向异性强度的土压力计算方法

基于散体介质宏微观力学分析,通过引入平均投影固体路径和真应力两个物理量,建立了砂土原生各向异性强度准则。当应力主方向和组构主方向重合或接近时,砂土强度显著提高。在此基础上,推导了具有原生各向异性的地层的土压力计算公式,并对朗肯土压力系数进行了修正。分析了原生各向异性和内摩擦角对墙后土压力的影响。理论预测结果与试验数据对比分析表明:原生各向异性的大小和方向均对土压力产生影响,当各向异性方向改变时土压力的变化规律不同;随着内摩擦角的增大,各向异性和各向同性条件下的主动土压力强度都逐渐减小,当原生各向异性方向改变时,这一规律同样适用。文中建立的土压力计算方法考虑了地层的各向异性影响且形式简洁,便于工程应用。

土体两种各向异性的区别与联系

原生和次生各向异性是土体的重要特性,两种各向异性既有区别,又有联系,都与土体所具有的结构性特点密切相关,但所产生的条件和机理有所不同。两种各向异性的区别集中体现在应力–应变关系矩阵上。复杂应力状态下砂土真三轴试验结果表明,次生各向异性对土体应力–应变关系有很大影响,是土体特性的本质体现,在某些工程实践中,对于土体应力变形分析的结果影响很大,土工数值分析中应当充分考虑其影响。

土体各向异性研究进展

综合论述了土体各向异性在土体本构理论发展的不同阶段的研究进展;详细介绍了国内外在各向异性研究中所采用的试验手段、研究方法、理论成果和应用情况;对具代表意义的重要成果作了比较详细的描述和分析。分析了原生各向异性和应力各向异性的区别与联系,认为土体材料的颗粒结构性是各向异性产生的根本原因,复杂的应力状态是各向异性产生的客观条件;强调了各向异性,尤其是应力各向异性在土体本构理论研究中的重要性,对以后各向异性研究方法提出自己的观点。

土体强度各向异性基坑的抗隆起稳定性分析

天然土体通常为非均质、各向异性土体,目前常用的基坑抗隆起计算方法多是针对均质各向同性土体的。采用非均质非线性各向异性岩石破坏准则,考虑土体原生各向异性,假定Prandtl破坏模式,采用地基承载力模式进行基坑的抗隆起稳定性分析。根据滑移线理论计算承载力,利用有限差分法结合边界条件编制出相关计算程序,并定义基坑抗隆起稳定性系数。研究表明,各向异性比的提高会降低安全系数;内摩擦角和插入比的增大可有效提高基坑的稳定性。

真三轴试验中初始各向异性的消除

土体的各向异性对于土的力学行为有重要的影响,本文依据其产生原因对其进行了合理分类。同时,利用真三轴对饱和砂土成样过程中如何确认并消除初始各向异性进行了试验研究,认为不同的装样方法将产生不同程度的各向异性,而分层振捣砂雨法是比较合适的一种制样方法,可以产生较小的初始各向异性。

沉积方向对珊瑚砂动剪切模量及阻尼比的影响

复杂地质赋存环境下珊瑚砂具有显著的各向异性特征,颗粒的沉积方向显著影响其动力特性。对南沙岛礁珊瑚砂开展均等固结的共振柱试验,探究了珊瑚砂颗粒的沉积方向角φ(沉积面与水平面的夹角)和初始有效固结围压σ0’对其动剪切模量G和阻尼比λ的影响。在给定φ下,G随剪应变幅值γ_(a)增大而减小的速率随σ0’的增大而增加;给定σ0’下,G随γ_(a)增大而减小的速率随φ增大呈现先减后增的趋势,φ=60°时G—γ_(a)曲线位于最下方。最大动剪切模量G_(0)随φ的增大表现出先减后增的现象,且φ对G_(0)的影响随σ0’的增大而降低。建立了考虑φ和σ0’影响的修正Hardin模型,预测和量测的G_(0)值偏差小于10%。动剪切模量比G/G_(0)—γ_(a)曲线对φ不敏感,结合修正Hardin模型和Davidenkov骨架曲线预测和量测的G值偏差小于15%。在陈国兴等(2006)提出的阻尼比经验模型中引入φ影响的修正项,预测和量测的λ值偏差小于20%。