【摘要】：由地下水引起的靜力液化可能是邊坡失穩(wěn)的隱含機(jī)制之一,松砂在不排水剪切條件下可能發(fā)生靜力液化,密實(shí)的顆粒集合體在特定的應(yīng)變路徑下也會(huì)出現(xiàn)相似的現(xiàn)象,即試樣整體發(fā)生急劇的失穩(wěn),應(yīng)力狀態(tài)尚處于峰值強(qiáng)度線以內(nèi)。該種失穩(wěn)模式稱為分散性失穩(wěn),是為了強(qiáng)調(diào)失穩(wěn)模式中沒(méi)有出現(xiàn)應(yīng)變局部化或者剪切帶。采用連續(xù)-離散耦合分析方法,研究由不規(guī)則形狀顆粒組成的密實(shí)集合體在等比例應(yīng)變加載路徑下的力學(xué)特性。根據(jù)Hill的材料失穩(wěn)理論,當(dāng)試樣的應(yīng)力增量d?和應(yīng)變?cè)隽縟?對(duì)應(yīng)的2階功d2W為負(fù)時(shí),試樣即發(fā)生不可逆的整體失穩(wěn)破壞。以根據(jù)不同等比例應(yīng)變路徑得到p?q曲線為界,在p?q平面內(nèi)將試樣的應(yīng)力狀態(tài)分為剪縮區(qū)、剪脹-穩(wěn)定區(qū)和剪脹-非穩(wěn)定區(qū),連接不同圍壓下試樣發(fā)生分散性失穩(wěn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)形成失穩(wěn)線發(fā)現(xiàn),峰值強(qiáng)度線高于臨界狀態(tài)線,臨界狀態(tài)線高于失穩(wěn)線。
【圖文】：

184巖土力學(xué)2015年(1)R=0.667(2)R=0.500(3)R=0.400圖3不同等比例應(yīng)變路徑的剪應(yīng)力、應(yīng)力差及2階功演化曲線Fig.3Evolutionsofdeviatorstress,modifieddeviatorstressandsecond-orderworkunderdifferentproportionalstrainpathloadingtests圖4典型的分散性失穩(wěn)模式Fig.4UnstablestaterelatedtoadiffusemodeoffailurestrictlyinsidetheMohr Coulombplasticlimitcondition.積為V材料系統(tǒng)，當(dāng)其總的2階功滿足2dWd:d0V時(shí)，此時(shí)即使不改變施加在材料邊界上的外荷載，也沒(méi)有外部能量的輸入，材料系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生這種不可逆的整體失穩(wěn)。在不排水的常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)中，軸對(duì)稱加載情況下2階功可表示為2131dW(dd)d，當(dāng)剪應(yīng)力出現(xiàn)峰值時(shí)2階功變?yōu)?，此時(shí)若在試樣的軸向施加微小的荷載增量，試樣即發(fā)生急劇的失穩(wěn)。根據(jù)本文的數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果，將p-q平面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)分成如圖5所示的3個(gè)區(qū)域。以R=1的等體積加載路徑得到的p-q曲線為界，分為剪脹區(qū)和剪縮區(qū)，剪縮區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)是穩(wěn)定的，而剪脹區(qū)內(nèi)以R=0.4的p-q曲線為界，分為剪脹-穩(wěn)定區(qū)和剪脹-非穩(wěn)定區(qū)。剪脹-穩(wěn)定區(qū)內(nèi)試樣的宏觀力學(xué)特性表現(xiàn)為剪應(yīng)力應(yīng)變硬化、體積剪脹，而剪脹-非穩(wěn)定區(qū)內(nèi)試樣的宏觀力學(xué)特性則為剪應(yīng)力應(yīng)變軟化、體積剪脹。4失穩(wěn)線將不同圍壓下發(fā)生分散性失穩(wěn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)在p-q平面內(nèi)連接起來(lái)形成失穩(wěn)線，同時(shí)對(duì)圖1(a)的顆粒集合體，采用表1參數(shù)，進(jìn)行等p應(yīng)力路徑的常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)，得到不同平均應(yīng)力p情況下的峰值和臨界應(yīng)力狀態(tài)。圖6為p-q平面上的峰值強(qiáng)0.00.81.62.40.00.51.01.52.0非穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)變控制應(yīng)力剪q/PaM平均主應(yīng)力p/MPa應(yīng)力控制穩(wěn)定狀態(tài)靜力液化開(kāi)始點(diǎn)0.41.22.02.8塑性極限d2W<0軸向應(yīng)變1/%軸向

增刊1馬剛等：顆粒物質(zhì)在等比例應(yīng)變加載下的分散性失穩(wěn)模式185度線、臨界狀態(tài)線和失穩(wěn)線。在相同平均應(yīng)力p下有峰值強(qiáng)度線>臨界狀態(tài)線>失穩(wěn)線，圖中失穩(wěn)線以上的深色部分即為在峰值強(qiáng)度線以內(nèi)的不穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域。平均主應(yīng)力p/MPa圖5基于2階功判據(jù)的應(yīng)力狀態(tài)分區(qū)Fig.5Zonesofstabilityandinstabilityunderforcedcompactionanddilation平均主應(yīng)力p/MPa圖6子午面上的峰值強(qiáng)度線、臨界狀態(tài)線和失穩(wěn)線Fig.6Failureline,criticalstatelineandinstabilitylineinmeridianplane沿等p應(yīng)力路徑將試樣剪切至不同的應(yīng)力水平P1～P9，再沿R=0.400的等比例應(yīng)變路徑加載，結(jié)果如圖7所示。圖中，P1～P4位于失穩(wěn)線以下，P5位于失穩(wěn)線上，P6～P8位于不穩(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)區(qū)域，P9位于峰值強(qiáng)度線上。從圖中可以看出，，當(dāng)應(yīng)力水平位于失穩(wěn)線以下時(shí)，在等比例應(yīng)變加載過(guò)程中，試樣的剪應(yīng)力逐漸增大至峰值，峰值點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)基本都落在失穩(wěn)線附近。當(dāng)應(yīng)力水平位于失穩(wěn)線及其以上（如P5～P9）時(shí)，經(jīng)過(guò)等比例應(yīng)變路徑加載，試樣的剪應(yīng)力徑直減小，應(yīng)力狀態(tài)貼著破壞線向下發(fā)展。將試樣剪切至不同的應(yīng)力水平，經(jīng)過(guò)相同的等比例應(yīng)變加載路徑后，試樣最終都會(huì)發(fā)生分散性失穩(wěn)。不同應(yīng)力水平的區(qū)別是：當(dāng)應(yīng)力水平位于失穩(wěn)線以下時(shí)，在剛開(kāi)始加載時(shí)試樣尚具有一定的抗剪切能力；應(yīng)力水平位于失穩(wěn)線及其以上時(shí)，試樣在等比例應(yīng)力加載路徑下逐漸喪失承載能力。平均主應(yīng)力p/MPa圖7剪切至不同應(yīng)力水平后的等比例應(yīng)變加載路徑Fig.7Simulatedresponseofnumericalsampleaftershearingtodifferentstresslevels5結(jié)論（1）給定的應(yīng)變路徑下平均應(yīng)力-剪應(yīng)力關(guān)系曲線存在一個(gè)峰值點(diǎn)，達(dá)到這個(gè)峰值點(diǎn)后，如果繼續(xù)施加一個(gè)無(wú)限小的軸向荷載，試樣整體出現(xiàn)急劇失穩(wěn)。?

【共引文獻(xiàn)】

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