考虑砾石颗粒形状及含量影响的砂-砾石混合物离散元模拟直剪试验

砂-砾石混合物是一种典型具有复杂结构的二元混合材料,砾石的性质对混合填料的力学性能具有显著的影响。通过开展一系列砂-砾石混合物的离散元数值模拟研究,探讨了砾石颗粒形状以及砾石的含量对砂-砾石混合物宏细观力学特性的影响,以及砾石颗粒形状和砾石含量对砂-砾石混合物力学特性产生影响的微观机理。宏观模拟结果表明,砾石含量与砾石颗粒形状都对砂-砾石混合物的宏观力学性质有显著影响,具体而言当砾石含量低于40%时,砾石含量对混合材料强度影响较小,而当砾石含量大于等于40%时,混合材料强度的强度随砾石含量的增加而显著提高。同时,研究发现当砾石含量较高时,砾石颗粒长宽比对混合材料的强度影响更加显著。混合物的体变则随着砾石含量以及砾石颗粒长宽比的增加而增加。细观分析从力链结构、配位数、各向异性以及颗粒转动的角度分析了砾石颗粒形状与砾石含量的微观影响机理。研究表明,当砾石含量较低时,混合体内的力链主要以砂颗粒组成,而当砾石含量超过40%以后,剪切过程中力主要在砾石颗粒之间传递,并且高砾石含量试样中砾石颗粒长宽比较大时,砾石颗粒间的咬合力更大,使得颗粒的错动、翻转更加困难,从而使得混合物试样强度和体应变显著提高。