發(fā)布時(shí)間：2021-08-11 09:35

　　顆粒間摩擦是影響巖土顆粒材料力學(xué)特性的重要因素之一,現(xiàn)有研究主要集中在粒間摩擦對(duì)顆粒集合體堆積、宏觀剪切強(qiáng)度等的影響,而其在復(fù)雜應(yīng)力路徑下對(duì)巖土顆粒材料的影響機(jī)制尚不明確。采用離散單元法（DEM）進(jìn)行了顆粒材料的真三軸加載路徑數(shù)值試驗(yàn),通過(guò)改變顆粒間摩擦系數(shù)μ來(lái)研究粒間摩擦對(duì)顆粒材料宏觀力學(xué)特性的影響。對(duì)比了4種三維強(qiáng)度準(zhǔn)則,發(fā)現(xiàn)當(dāng)0.2<μ≤0.5時(shí),Lade-Duncan和Matsuoka-Nakai準(zhǔn)則能較好地?cái)M合不同加載路徑下的數(shù)據(jù)點(diǎn)。采用平均接觸力將顆粒體系的接觸網(wǎng)絡(luò)劃分為強(qiáng)、弱兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò),分析了強(qiáng)、弱接觸網(wǎng)絡(luò)的配位數(shù)分布、接觸力和組構(gòu)各向異性等。結(jié)果表明在峰值剪應(yīng)力狀態(tài),隨著顆粒間滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ的增加,強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)中參與形成"力鏈"的顆粒數(shù)目基本不變,但強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)中顆粒間法向接觸力明顯增加以及法向接觸力各向異性加強(qiáng),這是導(dǎo)致宏觀抗剪強(qiáng)度增大的主要原因。而弱接觸網(wǎng)絡(luò)的配位數(shù)分布隨μ值明顯變化,其對(duì)顆粒體系剪脹程度的增加貢獻(xiàn)顯著。 

【文章來(lái)源】：巖土工程學(xué)報(bào). 2020,42(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

應(yīng)力應(yīng)變曲線（b=0.0)

將不同摩擦系數(shù)下等p等b真三軸數(shù)值試驗(yàn)得到的峰值應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)繪制在π平面，如圖2所示，為大小不同的三角錐形。π平面內(nèi)的應(yīng)力演化反映出不同b值，μ值條件下，試樣剪應(yīng)力峰值的大小，可以看出，試樣的剪應(yīng)力峰值隨著b值的增大而減小，隨著μ值的增大而不斷增大，且μ值較大時(shí)，試樣對(duì)滑動(dòng)摩擦系數(shù)的敏感度減弱，體現(xiàn)在剪應(yīng)力的增加幅度逐漸減小。2.2 三維強(qiáng)度準(zhǔn)則

對(duì)于無(wú)黏結(jié)的顆粒材料，其抗剪強(qiáng)度，其中?n是破壞面上的垂直壓力，是宏觀內(nèi)摩擦角，是顆粒材料的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，反映了顆粒材料的宏觀摩擦特性。Skinner等[28]指出峰值狀態(tài)的宏觀內(nèi)摩擦角?max隨著顆粒間摩擦系數(shù)μ的增大而增大。圖3總結(jié)了多個(gè)學(xué)者得出的?max與粒間摩擦系數(shù)μ的關(guān)系[19,28-32]。結(jié)合本文所得不同b值下的峰值內(nèi)摩擦角，可以發(fā)現(xiàn)隨著摩擦系數(shù)μ的增大，峰值內(nèi)摩擦角?max的增大變化幅度反而減小，與宏觀抗剪強(qiáng)度的變化吻合（如圖2所示）。當(dāng)b=0.5時(shí)，峰值內(nèi)摩擦角?max較大，且?max在三軸拉伸路徑（b=1.0）下的值大于[23,32]三軸壓縮路徑（b=0.0），與已有的DEM和物理試驗(yàn)研究結(jié)果基本一致。巖土材料的強(qiáng)度理論中，最常采用的是Mohr-Coulomb[33]和Drucker-Prager[34]強(qiáng)度準(zhǔn)則，但Mohr-Coulomb準(zhǔn)則沒(méi)有考慮中主應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響，Drucker-Prager準(zhǔn)則不能反映三軸拉伸和壓縮應(yīng)力狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度的不同。于是，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[35-38]基于巖土材料的真三軸試驗(yàn)結(jié)果提出了更多的三維強(qiáng)度準(zhǔn)則，其中常見(jiàn)的有Lade-Duncan準(zhǔn)則[35]和MastsuokaNakai準(zhǔn)則[36]。為了探討不同摩擦系數(shù)下各個(gè)強(qiáng)度準(zhǔn)則的預(yù)測(cè)能力，以便于選取一個(gè)預(yù)測(cè)精準(zhǔn)且形式簡(jiǎn)單的強(qiáng)度準(zhǔn)則，定義以下指標(biāo)反映強(qiáng)度準(zhǔn)則的預(yù)測(cè)能力：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]現(xiàn)代土力學(xué)研究的新視野——宏微觀土力學(xué)[J]. 蔣明鏡.  巖土工程學(xué)報(bào). 2019(02)
[2]顆粒材料三維應(yīng)力路徑下的接觸組構(gòu)特性[J]. 劉嘉英,周偉,馬剛,李易奧,劉其文.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2019(01)
[3]抗轉(zhuǎn)動(dòng)特性對(duì)顆粒材料分散性失穩(wěn)的影響研究[J]. 劉嘉英,馬剛,周偉,常曉林.  巖土力學(xué). 2017(05)
[4]顆粒形狀及粒間摩擦角對(duì)堆石體宏觀力學(xué)行為的影響[J]. 常曉林,馬剛,周偉,周創(chuàng)兵.  巖土工程學(xué)報(bào). 2012(04)
[5]基于隨機(jī)散粒體模型的堆石體真三軸數(shù)值試驗(yàn)研究[J]. 周偉,劉東,馬剛,常曉林.  巖土工程學(xué)報(bào). 2012(04)
[6]堆石體三軸剪切試驗(yàn)的三維細(xì)觀數(shù)值模擬[J]. 馬剛,周偉,常曉林,周創(chuàng)兵.  巖土工程學(xué)報(bào). 2011(05)
[7]砂土直剪力學(xué)性狀的非圓顆粒模擬與宏細(xì)觀機(jī)理研究[J]. 史旦達(dá),周健,劉文白,鄧益兵.  巖土工程學(xué)報(bào). 2010(10)
[8]中主應(yīng)力對(duì)礫石料變形和強(qiáng)度的影響[J]. 施維成,朱俊高,劉漢龍.  巖土工程學(xué)報(bào). 2008(10)
[9]粗粒土試驗(yàn)研究[J]. 程展林,丁紅順,吳良平.  巖土工程學(xué)報(bào). 2007(08)
[10]廣義非線性強(qiáng)度理論及其變換應(yīng)力空間[J]. 姚仰平,路德春,周安楠,鄒博.  中國(guó)科學(xué)E輯:工程科學(xué) 材料科學(xué). 2004(11)

博士論文
[1]粗粒土真三軸試驗(yàn)與本構(gòu)模型研究[D]. 施維成.河海大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3335925