砂土正交组构幅值参量的定量分析

基于砂土细观组构描述理论,定义了新的正交各向异性幅值参量,用Toyoura砂细观试验做验证分析。非球形颗粒随机空间排列自然形成了砂土的正交各向异性,用两个独立变化的角度定量描述颗粒长轴在3个正交面上的方向分量,基于非球形颗粒随机排列的组构描述理论,分别定义了3个正交面上各向异性幅值参量的表达式。该表达式用数学概率统计的方法,将颗粒的离散特性转化为组构在平面上的可测参量,随着细观颗粒几何、物理特性的变化,3个表达式可以用于描述材料的各向同性、横观各向同性和正交各向异性。Toyoura砂细观试验分析表明,3个幅值参量能较好地反映3个正交面上幅值参量的变化规律,可为砂土细观组构的定量检测提供更为灵活的方法,而且3个各向异性都具有清晰物理意义。

考虑砂土颗粒形状的细观组构定量描述

为定量描述砂土的细观组构,基于非球形颗粒空间排列的数率统计规律及其组构理论定义,推导了新的土体三维组构定量描述公式。将非球形颗粒长轴方向在三维空间的方向分量用2个独立变化的角度描述,颗粒长轴方向在3个正交面上的方向分量就可用这2个角度定量计算,计算公式即为3个正交面上组构的各向异性幅值的表达式。基于数学概率统计方法,颗粒的离散特性用幅值计算公式转化为组构特性在平面上的可测参量,3个幅值参量中独立变化量只有2个,用任意2个幅值可以推导出三维空间组构的正交各向异性表达式。结果表明:随细观颗粒几何物理特性的变化,该组构三维表达式可以自然描述材料的各向同性、横观各向同性和正交各向异性,正交各向异性组构可以用1个或者2个标量参数描述;考虑非球形颗粒的三维空间排列几何关系,该组构可以描述土体颗粒几何尺寸对组构的影响,克服了现有组构的诸多不足;几种特殊非球形颗粒排列组构的分析表明该组构表达式具有描述范围广、物理意义清晰的特点。