高频振动下岩土颗粒材料动力行为及细观机理

针对高频振动条件下岩土颗粒材料动力响应放大的现象,采用离散元法开展了一系列动双轴数值试验,分析了不同荷载频率下岩土颗粒材料的动力行为及其细观特征.试验结果表明:对于模拟的岩土颗粒材料,在加载频率为30~40 Hz时的动力变形尤其明显,加载过程中塑性变形快速发展,试件内部形成“八”字型剪切带,动刚度显著降低.提出了“竖向分布系数”描述试件内部的局部变形规律,并结合颗粒细观受力特征,探究了试件变形加剧和刚度弱化的细观机理.研究发现相较20 Hz和60 Hz工况,加载频率为40 Hz时试件中下部区域的局部动变形振动幅值明显增大,颗粒处于高度动力非平衡态,颗粒体系的排列结构和接触力剧烈调整,使得试件变形加剧、承载性能显著弱化.

颗粒物质在等比例应变加载下的分散性失稳模式

由地下水引起的静力液化可能是边坡失稳的隐含机制之一,松砂在不排水剪切条件下可能发生静力液化,密实的颗粒集合体在特定的应变路径下也会出现相似的现象,即试样整体发生急剧的失稳,应力状态尚处于峰值强度线以内。该种失稳模式称为分散性失稳,是为了强调失稳模式中没有出现应变局部化或者剪切带。采用连续-离散耦合分析方法,研究由不规则形状颗粒组成的密实集合体在等比例应变加载路径下的力学特性。根据Hill的材料失稳理论,当试样的应力增量d?和应变增量d?对应的2阶功d2W为负时,试样即发生不可逆的整体失稳破坏。以根据不同等比例应变路径得到p?q曲线为界,在p?q平面内将试样的应力状态分为剪缩区、剪胀-稳定区和剪胀-非稳定区,连接不同围压下试样发生分散性失稳时的应力状态形成失稳线发现,峰值强度线高于临界状态线,临界状态线高于失稳线。