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。

人工胶结粉质粘土的强度、变形特性试验研究

人工胶结结构性土(改良土)被广泛应用于天然地基土的物理力学特性改良。然而,这种土在具有较高的强度与刚度的同时,往往表现出较强的非线性力学行为。以水泥胶结粉质粘土为例,通过三轴试验系统地研究了具有不同胶结结构性程度试样的强度特性及变形特性。研究发现胶结结构性土往往呈现出显著的应变软化特征(脆性破坏),其峰值强度为一种受围压及胶结结构性影响显著的状态相关参数,而残余强度为一种受围压及胶结结构性影响较小的状态无关参数。胶结结构性土的压缩刚度明显高于重塑胶结土(无胶结结构性),其等向压缩曲线(ICL)会伴随胶结损伤逐渐屈服并趋近于重塑胶结土的正常固结曲线(NCL),这为间接确定胶结结构性土的NCL提供了思路。不同于超固结粘土或密实砂土的“剪胀软化”,胶结损伤会诱发胶结结构性土的“剪缩软化”现象。此外,胶结结构性土中的应变局部化会影响试样的整体体变趋势,使得其临界状态线(CSL)与相应的重塑胶结土CSL之间存在着差异。