密实砂土剪切过程中的颗粒运动与微观力学特征

• 作者: 陈庆 高燕 袁泉
• 来源期刊: 水利水电技术
• 学科: 工学
• 关键词: 密砂 剪切 颗粒运动 微观力 离散元
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 工程地质
• 页码范围: 212-224
• 页数: 13页
• 分类号: TU431
• 语种: 中文
• DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2021.01.022

摘要

密实砂土在剪切过程中发生剪胀,土宏观上的剪胀行为与土内部的颗粒运动及颗粒间接触力的变化特征密切相关.针对密砂剪切过程中的颗粒运动与颗粒间接触力之间的相互联系,及其对剪胀的贡献这一问题,采用离散元数值方法,模拟密实砂土分别在50 kPa和100 kPa竖向压力下直剪试验,通过对颗粒运动以及颗粒间接触力的分析,探究密实砂土在剪切过程中颗粒运动、颗粒间接触力的变化规律及其相互影响,以及剪切带内外颗粒运动对宏观剪胀变形的贡献.结果表明:(1)颗粒间的转动控制剪胀,而颗粒间的滑动引起剪缩;剪切带内,颗粒间转动大于滑动,颗粒间运动以转动为主,宏观变形表现为剪胀;剪切带外,颗粒间运动以滑动为主,宏观变形表现为剪缩;随着竖向应力增加,颗粒间的转动减小,试样剪胀减少.(2)法向力中的强弱力链的主要取向和其各向异性发展规律与宏观的应力变化具有良好的一致性,强力链的主要取向与主应力方向基本一致,弱力链则与之正交,随着剪切增加,强力链各向异性减小,弱力链各向异性则不断增大,两者在峰值后接近稳定.(3)在剪切带内,颗粒间的滑动与转动在强力链和弱力链中均发生,没有选择性;随着剪切增加,剪切带内的颗粒运动使得强力链的比例不断升高,弱力链的比例不断降低,两者最终趋于一致;剪切带外的颗粒运动使得强力链比例略微下降,弱力链的比例略微升高,两者差异性略微增大.