【摘要】：目前,剪切帶的研究已經(jīng)成為巖土工程界的熱點(diǎn)課題之一,而國(guó)內(nèi)外對(duì)土樣內(nèi)部剪切帶的形成過(guò)程和剪切帶特性的研究仍處于探索階段。為了深入了解砂土剪切帶的形成過(guò)程和剪切帶的特征,本文將采用數(shù)值模擬手段對(duì)砂土剪切行為進(jìn)行模擬,探討網(wǎng)格尺寸、約束、缺陷,砂土密實(shí)程度對(duì)砂土剪切過(guò)程及剪切帶特征的影響。采用的數(shù)值模擬方法包括:基于網(wǎng)格重劃分的有限元大變形模擬程序AFENA以及基于離散元的PFC2D程序。通過(guò)數(shù)值模擬分析,本文對(duì)剪切帶的數(shù)值模擬方法及力學(xué)行為特征有了更深入的了解:(1)在有限元模擬中,試樣剪應(yīng)力-剪應(yīng)變變化規(guī)律基本一致,網(wǎng)格尺寸和約束的影響可以忽略,試樣最終能達(dá)到的最大體應(yīng)變與試樣幾何形狀、網(wǎng)格尺寸有關(guān)。網(wǎng)格的疏密會(huì)影響試樣的剪切帶形成,對(duì)密砂剪脹過(guò)程所產(chǎn)生的體變有一定的影響,一般情況下,網(wǎng)格越疏,試樣最終能夠達(dá)到的最大體積最大。在有限元模擬中,雙軸剪切的剪切帶寬度和網(wǎng)格尺寸之間有一定的相關(guān)性,大約為全局網(wǎng)格平均尺寸的1.6倍。因此雙軸剪切的全局網(wǎng)格尺寸應(yīng)根據(jù)實(shí)際土體平均粒徑選擇,建議取為土體平均粒徑的5-8倍。(2)剪切帶的形狀和約束有關(guān),而剪切帶的形成受缺陷影響很大。缺陷的位置對(duì)剪切帶的形狀、寬度和傾角影響很大,缺陷的面積大小也會(huì)對(duì)剪切帶的形成有一定的影響。土體壓密區(qū)之外的最軟弱缺陷會(huì)控制土體剪切帶的形成。當(dāng)試樣內(nèi)部有缺陷時(shí),試樣內(nèi)形成的剪切帶往往是經(jīng)過(guò)缺陷點(diǎn)處的,但當(dāng)缺陷位于壓密區(qū)的時(shí)候,剪切帶有可能不經(jīng)過(guò)該缺陷點(diǎn)。土體壓密區(qū)之外的最軟弱缺陷會(huì)控制土體剪切帶的形成。缺陷的面積大小也會(huì)對(duì)剪切帶的形成有一定的影響。(3)在PFC的雙軸剪切模擬中,顆粒間的摩擦系數(shù)比砂土的孔隙比對(duì)砂土強(qiáng)度的影響更加明顯。顆粒間的摩擦系數(shù)越大,砂土的抗剪強(qiáng)度越高。使用PFC模擬了不同顆粒粒徑下剪切帶的形成情況,得到剪切帶寬度約為顆粒粒徑的10倍。(4)PFC和有限元模擬都表明:在密砂的雙軸剪切過(guò)程中,剪切帶內(nèi)的土體逐步達(dá)到臨界狀態(tài),剪切帶外土體性質(zhì)基本不變。剪切帶的角度隨著剪切變形的增大稍有所變大。剪切帶內(nèi)部的應(yīng)變和土體宏觀應(yīng)變差別很大。
【圖文】：

１緒論逡逑１．１課題背景逡逑隨著當(dāng)代社會(huì)的不斷發(fā)展，土木工程有關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)也在不斷進(jìn)行。其中，逡逑由于空間資源的匱乏，巖土工程和地下工程的有關(guān)項(xiàng)目建設(shè)越來(lái)越多。然而，在逡逑項(xiàng)目施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題也越來(lái)越多，其中土體發(fā)生大變形破壞問(wèn)題更是屢見逡逑不鮮：如在我國(guó)沿海地區(qū)的深厚軟粘土處，通常會(huì)發(fā)生地基的大變形；再如有大逡逑規(guī)模沖填土的地區(qū)容易發(fā)生大變形沉降；再如在進(jìn)行隧道開挖時(shí)，軟巖的大變形逡逑控制也是整個(gè)工程能否順利安全進(jìn)行的關(guān)鍵之一；再如在進(jìn)行隧道或壩體的開挖逡逑時(shí)發(fā)生山體滑坡和邊坡失穩(wěn)事故（如圖１．１和圖１．２所示）。這些問(wèn)題的及時(shí)解決逡逑對(duì)工程的正常施工及后續(xù)工程的投入使用都有著重大的意義。逡逑

蔣明鏡等［２８］利用離散元法軟件ＰＦＣ２Ｄ模擬了大量砂土試樣的雙軸試驗(yàn)，分析逡逑了砂土剪切帶形成機(jī)理及發(fā)展過(guò)程，并研宄了剪切帶內(nèi)外微觀性質(zhì)的差異，如圖逡逑１．７［引用于文獻(xiàn)２８］所示，從圖中可以看出，砂土的剪切過(guò)程中應(yīng)力會(huì)先隨著應(yīng)變逡逑增大而增大，達(dá)到峰值后減小最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，而體積會(huì)先減小后增大，最逡逑后逐步增大到一個(gè)穩(wěn)定值。逡逑周健，池永等［２９］基于顆粒流理論，對(duì)砂土的室內(nèi)雙軸試驗(yàn)和砂土剪切帶形成逡逑與發(fā)展進(jìn)行了數(shù)值模擬，主要研究了顆粒粒徑、顆粒剛度及顆粒摩擦系數(shù)等細(xì)觀逡逑參數(shù)變化時(shí)試樣宏觀性質(zhì)的變化情況，通過(guò)調(diào)整顆粒組合型式，消除了粒徑變化逡逑對(duì)曲線峰值強(qiáng)度的影響。分析得出，顆粒粒徑對(duì)恒定剪切帶的傾角、寬度和傾斜逡逑方向有明顯的影響。隨著粒徑的增大，剪切帶傾角呈增大的趨勢(shì)，形成的剪切帶逡逑寬度也逐漸增大。逡逑李福林，彭芳樂(lè)等［３Ｃ）］根據(jù)飽和砂土的排水平面應(yīng)變壓縮試驗(yàn)的應(yīng)變場(chǎng)，分析逡逑研究砂土的應(yīng)變局部化現(xiàn)象以及剪切帶的形成，，分別利用高精度攝影設(shè)備和基于逡逑砂土的三要素彈黏塑性本構(gòu)模型及動(dòng)態(tài)松弛有限元對(duì)剪切帶的形成和基本特性進(jìn)逡逑行了觀察與分析，兩種方法得到的剪切帶基本一致，砂土內(nèi)部最終都形成Ｖ型剪逡逑切帶。逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU441

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 侯世偉;路德春;杜修力;;平面應(yīng)變條件下土體剪切帶的產(chǎn)生條件與形成機(jī)理[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年07期

2 蔣明鏡;李秀梅;;雙軸壓縮試驗(yàn)中砂土剪切帶形成的離散元模擬分析[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2010年02期

3 李福林;彭芳樂(lè);雷亮;KONGKITKUL W;;平面應(yīng)變條件下砂土局部化剪切帶的有限元模擬[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2010年04期

4 朱以文;徐晗;蔡元奇;朱方敏;;邊坡穩(wěn)定的剪切帶計(jì)算[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2007年04期

5 周健;蘇燕;池永;;顆粒流模擬土的工程特性(英文)[J];巖土工程學(xué)報(bào);2006年03期

6 魯曉兵,王義華,王淑云,崔鵬;飽和土中剪切帶寬度的研究[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2005年01期

7 周健,池永;土的工程力學(xué)性質(zhì)的顆粒流模擬[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2004年04期

8 王學(xué)濱,宋維源,馬劍,潘一山;多孔介質(zhì)巖土材料剪切帶孔隙特征研究(1)——孔隙度局部化[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2004年15期

9 王學(xué)濱,姚再興,馬劍,潘一山;多孔介質(zhì)巖土材料剪切帶孔隙特征研究(2)——最大孔隙比分析[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2004年15期

10 徐連民,王興然;用有限變形理論研究黏性土試樣中變形的局部化問(wèn)題[J];巖土工程學(xué)報(bào);2004年02期

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1 董建國(guó);徐建明;;影響剪切帶形成的因素的探討[A];2004年度上海市土力學(xué)與巖土工程學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 唐洪祥;基于Cosserat連續(xù)體模型的應(yīng)變局部化有限元模擬[D];大連理工大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 黃文博;砂土介質(zhì)剪切帶演化及其特征的離散元方法模擬[D];華南理工大學(xué);2015年

2 張麗娟;砂土平面應(yīng)變?cè)囼?yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

3 董益峰;顆粒材料應(yīng)變局部化的離散元-Cosserat連續(xù)體有限元兩尺度數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2014年

4 薛杰;三軸試驗(yàn)條件下砂土剪切帶的形成過(guò)程研究[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2575604