多种应力路径下结构性土胶结破损演化规律离散元分析

结构性土体通常指粒间含有胶结的土体,可看成一种特殊的胶结颗粒材料,探明结构性土体的胶结破损演化规律是加深结构性土体宏微观力学性质认识及建立结构性土本构模型的关键。由于试验手段难以定量获取胶结破损信息,通过离散单元法分析了结构性土体的胶结破损演化规律。首先采用相对完备的胶结接触模型建立了结构性土体离散元试样,接触模型考虑了颗粒及胶结物质的抗转动和抗扭转作用以及胶结尺寸对刚度和强度的影响;然后开展了结构性土侧限压缩、等向压缩、等应力比压缩以及常规三轴和真三轴试验的离散元数值分析,再现了结构性土的主要宏观力学特征;在此基础上的胶结破损演化分析表明胶结破损参量B0演化具有明显的应力路径相关性,而新提出的破损参量Bσ应力路径相关性低,通过Bσ与等效塑性应变的指数函数关系,可以描述结构性土体的胶结破损演化情况。

不同应力路径下结构性土体本构模型研究

为了研究结构性土在外力作用下结构破损规律及本构模型,在岩土破损力学的框架内,基于细观尺度根据土颗粒在外力作用下的受力模型,建立了胶结土颗粒间变形的几何方程,同时结合结构性土破损的物理力学方程,推导了结构性土在外力作用下破损过程中应变集中系数c和胶结破损率λ的变化规律及本构模型,并讨论了土体模量E和土颗粒间的切向接触刚度ks对模型的影响。研究结果表明:c在荷载作用下随着应变增大呈减小趋势,且主要受ks的影响。λ在受力过程中随着应变的增大而增大,且主要受E的影响;不同的围压下对岩土体进行加载,剪应力呈增大趋势,其性质表现为硬化现象;若对围压进行卸载,剪应力呈先增大,后减小的趋势,岩土体的性质表现为软化现象。

水泥含量对固化土结构形成的影响研究

以粉砂土为研究对象,对水泥土抗压强度与水泥含量关系进行了试验研究,推导了水泥土结构形成过程中水泥浆包裹土颗粒和填充孔隙所分别对应水泥量的理论计算公式。在此基础上,对水泥含量不同时,水泥在固化土结构形成过程中所起不同作用及其与水泥土抗压强度增长规律相互关系进行了分析,提出固化土结构形成由固化剂胶结土颗粒与填充孔隙两部分构成。