结构性土率敏性多尺度数值试验及微观机理分析

【作者】 王智超； 旷杜敏； 赵涛；

【机构】 湘潭大学岩土力学与工程安全湖南省重点实验室(培育)； 湘潭大学土木工程与力学学院； 四川大学水利水电学院； 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室；

【摘要】 为探究结构性土率敏性微观机理,基于离散单元法通过施加平行胶结模型模拟土体大孔隙和胶结两个主要结构性特征。模型中胶结强度参数(胶结粘聚力c,胶结内摩擦角?)和胶结变形模量参数(胶结杨氏模量E)主要用于描述单个胶结力学性质,且通过整体胶结数目N对结构性土整体胶结度进行表征。针对上述五个微观参数对结构性土开展了3种不同加载速率(0.125%/min,0.0125%/min, 0.0025%/min)的三轴固结不排水剪切数值试验,并结合人工制备结构性土室内试验以及电镜扫描微观试验,通过宏微观结合的多尺度方法来探究结构性土率敏性微观机理。试验结果表明:1)平行胶结模型能较好地描述结构性土应变软化等基本力学特性及其率敏性;2)当胶结数目从12325增长至15500,胶结粘聚力从100kPa增长至400kPa,结构性土率敏性均逐渐减弱,而减弱趋势逐渐平缓;胶结杨氏模量从1×103kPa增长至5×104k Pa,率敏性大致呈现增强趋势;当胶结内摩擦角从5度增长至15度时,率敏性逐渐减弱,从15度增长至30度时,率敏性几乎不发生变化,继续增长至45度时,率敏性又呈现增强趋势;当孔隙比从0.9增长至1.617,率敏性逐渐增强,且增强趋势逐渐急剧;3)结构性土率敏性主要由其颗粒直接接触作用引起,而当胶结粘聚力较低时(c=100kPa),其率敏性由颗粒直接接触和胶结两者共同作用引起,而当孔隙比较大时(e=1.617),率敏性则主要由胶结作用引起。更多还原