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粗粒料是一定级配的岩石颗粒集合体,具有独特的物理力学特性。以粗粒料室内三轴固结排水试验成果为基础,基于离散元颗粒流理论,从细观角度出发,以PFC3D为工具,通过自编程及二次开发,得到按级配生成的粗粒料三轴试验数值模型。引入clump颗粒考虑颗粒形状对粗粒料强度及变形的影响,分析剪胀、颗粒形状、颗粒重排的关系。结果表明：颗粒形状是影响粗粒料强度与变形的主要因素,在其他细观参数一定的情况下,改变颗粒形状,可以显著影响粗粒料的力学行为;BPM模型的应力-应变关系只在低围压下与试验值吻合,随着围压的增大,偏差越来越大;而引入clump颗粒的PFC3D数值模型能很好地模拟粗粒料室内三轴固结排水试验的应力-应变特性,但由于BPM及clump都是刚性颗粒,没有考虑颗粒变形及破碎,造成应变剪胀偏大。 相似文献
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针对颗粒流法中颗粒几何参数等对土体宏观力学性质的影响进行了数值模拟,并将数值模拟结果与室内模型试验验证进行了对比。对二维、三维下土体级配及孔隙率进行了理论分析,并提出二维数值试样颗粒数目及孔隙率转换公式。采用PFC2D软件进行了6组参数验证及24组交叉对比（含4组级配、3组孔隙率及2类接触模型）双轴压缩试验。结果表明：孔隙率对土体力学性质的影响大于级配;随着孔隙率增加,土体强度峰值逐渐降低,对应轴向应变增大,体应变则由剪胀性逐渐向剪缩性过渡。当孔隙率较低时,采用线性及Hertz-Mindlin (H-M)接触模型得到的模拟结果均较接近;而当孔隙率升高时,建议采用H-M接触模型,以更好地反映土体到达强度峰值后产生的后续剪胀效应。 相似文献
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弃渣场边坡是一种常见的人工斜坡,其稳定性关系到区域内的道路交通,弃渣场潜在引发的地质灾害对下游地区人民生产生活也有不可忽视的危害。现有的数学统计、摄影-图像分析以及筛分试验等方法在弃渣场边坡的粒径分级特征研究中并不能真实反映弃渣场边坡在堆积过程中不同粒径颗粒的分布特点和引起的破坏模式影响效应。为突破这一局限,本文结合泸州市古蔺县叙大(叙永至大村镇)铁路沿线的弃渣场工程实际,采用物理模拟方法重现了弃渣体的堆积过程,研究了弃渣场边坡内的渣体粒径分级特征,以及弃渣堆积体的坡体结构特征。并根据物理模拟的试验结果,结合PFC离散元数值模拟研究了弃渣场边坡在考虑粒径分级情况下由降雨引起的斜坡变形失稳过程。物理模拟研究结果表明:弃渣堆积体的形成是一个动态的过程,在重力及颗粒间相互作用下,形成的堆积体粒径分级程度高,不均匀性强。从上至下颗粒的平均粒径逐渐增大,密度逐渐减小,空隙率逐渐增大。典型弃渣场边坡变形破坏过程的离散元PFC模拟研究表明:在降雨作用下,弃渣堆积体固结沉降、孔隙率降低、抗剪强度降低,弃渣场边坡的稳定性随之降低。整个过程分为应力重分布、中部覆盖层剪切破坏、后缘拉裂、后缘下错、前缘鼓胀、潜在滑面形成及滑面贯通几个阶段。 相似文献
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岩溶水作用下填石路基稳定性模型试验研究 总被引：2，自引：2，他引：0
以广西水南高速为工程依托点,通过大型岩溶塌陷物理模型试验室,针对岩溶区填石路基中不同岩溶形态的处置方式,模拟研究岩溶水对填石路基的稳定性问题。试验中,重点研究了四种结构: 填石级配型、(片石+ 级配碎石+ 土工布+填石)型、反滤层型、(土+ 填石)型,它们分别对应岩溶水对填石路基侵蚀问题及填石路基的稳定性问题,漏斗、落水洞的处理及土工布防止细粒土流失引起路基变形问题,溶洞填充物的流失问题,岩溶水对粘土路基潜蚀问题及石牙地基的处理。试验结果表明,地下水位变化的瞬时速度对填石路基的稳定性具有重要意义,不同的处置方法在抵抗地下水冲刷方面有显著区别。 相似文献
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为综合评估炭质页岩的路用性能,充分认识炭质页岩的颗粒破碎行为,测试了炭质页岩块在循环压实过程中各粒组含量的演化规律,结合室内击实试验阐述了颗粒破碎对炭质页岩击实性能的影响,确定了最佳填筑级配,并依据最佳级配进行三轴湿化变形试验,从颗粒破碎角度分析了炭质页岩填料湿化变形的变化规律,最后对炭质页岩现场填筑效果进行了验证。结果表明：炭质页岩压实过程经历结构调整、颗粒破碎、压缩变形3个阶段,形成的相对稳定级配结构为其用作路堤填料提供了基础;填料最大干密度形成机制受颗粒破碎过程中粒径为20～40 mm与粒径小于2 mm颗粒含量变化的影响较大,随粗料含量增加,试样相对破碎率线性增大,最大干密度呈先增大后减小变化,最优粗料含量约为70%;湿化变形是混合料颗粒破碎的外在表现,浸水湿化后混合料强度降低约40%,可采用相对破碎率 Br 预估混合料遇水产生的湿化变形量,并建立了相对破碎率与围压、应力水平间的数学关系式;现场填筑过程中路堤压实度检测与沉降观测表明,炭质页岩路堤的最佳铺松厚度约为40 cm。 相似文献
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渗透变形是颗粒材料中细颗粒在渗流作用下发生重分布且导致土体的内部结构、水力及力学特性发生变化的现象，是导致砂砾石土地基及堤防结构破坏的主要原因之一。利用自主研发的刚性壁渗透仪对不同级配及细颗粒含量的间断级配砂砾石土在恒定水头渗流作用下进行渗透变形全过程试验，监测了渗流过程中的局部水力梯度空间分布以及竖向位移变化，分析了渗透试验结束后土体的颗粒级配空间分布变化。研究结果表明：土粒中细颗粒所处的欠填、满填及过填3种堆积状态决定了粗、细颗粒间不同的接触方式，影响其渗透性。渗透试验结束后细颗粒流失量沿试样高度的空间分布可以划分为3个区域，即顶部流失区、中部均匀区及底部流失区。局部水力梯度的快速下降伴随着竖向位移的突变，意味着渗透变形的开始；渗透变形启动时的局部水力梯度大于全局水力梯度，证实了采用大尺寸试验执行渗透试验的必要性。细颗粒处于过填状态的试样依然会发生渗透变形且导致强烈的沉降变形，值得进一步的研究。 相似文献
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堆石料大三轴试验的细观模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
采用三维颗粒流计算程序,对堆石料的大三轴排水剪切试验过程进行了数值模拟。在数值模型的生成过程中,使堆石料集合体达到规定密度和级配;采用动态松弛算法迭代求解,并引入粒间阻尼,以吸收颗粒填装的多余动能使其稳定;颗粒间引入黏结力来提高试样的峰值强度;确定堆石料的细观力学参数,拟合室内试验应力应变曲线。模拟不同围压下堆石料的试验,得到的应力-应变曲线与室内试验基本一致,说明颗粒流方法可以较好的模拟堆石料的大三轴试验过程。由于没有考虑颗粒形状及颗粒破碎的影响,造成大应变剪胀偏大。 相似文献
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粗粒料在外力作用下存在明显的颗粒破碎特性,研究颗粒破碎过程是当前研究的热点问题之一。基于粗粒料单颗粒破碎机制,考虑单颗粒破碎强度与直径的变化规律,采用非线性接触H-Z模型和密度控制法建立了粗粒料颗粒破碎数值模型。开展粗粒料双轴剪切试验数值模拟研究,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明：建立的粗粒料颗粒破碎数值模型能够较好地模拟粗粒料偏应力与轴向应变和体积应变与轴向应变的关系;数值模拟获得的粗粒料颗粒破碎率与室内试验结果基本一致;去除试样制备过程和固结过程引起的颗粒破碎,不同围压条件下的颗粒破碎率归一化后基本重合,且可以近似地采用双曲线函数进行拟合。颗粒破碎率随着围压的增大,逐渐增大,试验级配趋于Einav提出的颗粒破碎的最终级配（分维数等于2.6） 相似文献
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颗粒级配对粗粒土强度与变形特性影响的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
采用三维颗粒流软件PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,模拟粗粒土级配,建立一个研究高铁填方路基粗粒土变形特性的颗粒流模型。通过粗粒土三轴试验,标定了表征粗粒土细观力学性质的模型参数,并验证了模型的有效性。考虑粗粒土曲率系数和不均匀系数对颗粒级配的影响,模拟并研究了5种不同级配下粗粒土在3种不同围压下的变形特性。试验结果表明,曲率系数对粗颗粒土变形特性影响较大,当其有效粒径与中值粒径及限制粒径的差距过大时,粗粒土中颗粒填充及致密性将变差,变形增大,强度降低。以较大曲率系数与较大不均匀系数组合的粗粒土受力性能较好,但此种级配的粗粒土压缩性大。级配良好且不均匀系数较大,其应力链分布越均匀,颗粒的挤压效果越显著,力的传递和分配也越均匀。 相似文献
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基床级配碎石在外界雨水侵入时含水状态发生改变对其变形特性不利,从而影响行车安全,但目前研究含水率对基床级配碎石变形特性的成果甚少,为进一步揭示不同含水状态下基床级配碎石的变形特性,对不同含水率的级配碎石试样开展了多组大型静动三轴试验。首先,通过静三轴试验探讨了含水率对级配碎石应力-应变关系和强度特性的影响;然后,基于动三轴试验,重点研究了含水率、动应力水平对累积应变随荷载作用次数发展规律的影响;在此基础上,建立了综合考虑含水率、荷载作用次数、动应力水平相互耦合作用的累积应变预测模型。基于含水率为5.0%和7.3%的累积应变试验结果,确定了模型中的待定参数,通过含水率为8.6%的试验结果验证了其正确性和合理性,此模型不仅克服了不同动应力水平下累积应变计算模型的分散性,而且能够直观地体现出含水率对累积应变的影响。 相似文献
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土石混合体是由具有一定尺寸石块、作为充填成分的土体及孔隙等组成的混合体，其强度变形特性与细粒（土粒）含量密切相关。为研究不同细粒含量土石混合料强度变形特性，建议采用以承担骨架作用的颗粒的孔隙比（骨架孔隙比）反映土石混合料内部真实密实情况。开展了系列压实试验，建立了考虑土石级配的土石混合料堆积模型，进而推导了土石混合料骨架孔隙比表达式，并通过室内三轴排水剪切试验，验证了骨架孔隙比用以预测土石混合料强度变形特性的有效性。结果表明：相较于常规定义的整体孔隙比，骨架孔隙比能更好地表示土石混合料内部颗粒接触状态，反映材料内部“真密实”情况；利用骨架孔隙比概念，可以仅由纯石/土料强度变形特性预测不同细粒含量的土石混合料强度变形特性。 相似文献
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石灰稳定土工程翻修改造后会产生大量的石灰土弃渣,为避免污染环境和节约工程投资,需重新利用破碎的石灰土进行填筑。但石灰土破碎后强度急剧降低,需要添加胶凝材料提升其力学性能。以重塑石灰土为研究对象,通过添加5%石灰或水泥进行再改良,对比分析两种再改良土的强度和压缩性等力学指标,结果表明,石灰再改良土的力学特性优于水泥再改良土。借助粒度分析、电镜扫描、X衍射和热重分析试验手段揭示了石灰再改良土性能优越的内在机制,发现石灰再改良土中的石灰和石灰土团粒能形成很好的胶结;但水泥未能和石灰土团粒形成有效胶结,自身形成了边-面和边-边接触的片状多孔架构。重塑石灰土残存的氢氧化钙是引起水泥再改良土性能劣于石灰再改良土的主要诱因。 相似文献
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堆石料流变的主要机理是由于水位变化、降雨入渗、日晒雨淋等环境因素导致堆石料发生性质劣化,与此同时,颗粒发生高接触应力-破碎和重新排列-应力释放、调整和转移,这一过程由于颗粒的持续劣化而不断重复。在考虑颗粒破碎的堆石体不连续变形分析方法(SGDD)中,引入颗粒强度劣化模型反映颗粒强度随外界环境的持续劣化。应用该方法进行堆石料三轴流变数值试验,模拟结果与室内试验所观察到的规律一致,表明考虑流变效应的SGDD方法抓住堆石料流变的主要机理,适合模拟堆石料的流变变形这一复杂的、非线性演化问题。数值试验结果表明,堆石料随外界环境的劣化程度、劣化速率、母岩强度对宏观流变变形有较大影响。 相似文献
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基于颗粒流的堆石料三轴剪切试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
近年来频发的地质灾害使得深入研究大坝堆石体受力变形机制显得愈发迫切和重要。针对堆石颗粒具有形状极其不规则、咬合作用突出的特点,编写了一个简单易用的程序来随机生成形状不规则的数值颗粒。以正四面体为核,按照晶胞繁衍的方式,生成堆石的仿真颗粒集合体。模拟排水剪切条件下的大三轴试验,通过分析数值试验过程中细观参量的变化规律,探讨三轴剪切条件下堆石体变形的细观机制。分析表明,按照晶胞繁衍法生成的数值颗粒与圆颗粒相比能更好地模拟堆石,由颗粒簇形成的咬合力能形成更真实的力-变形关系;数值试验得到的应力-应变曲线和体变曲线与室内三轴试验结果基本一致;颗粒的破碎速率是联系堆石体宏、细观力学性质的重要纽带,通过分析堆石体颗粒破碎4个阶段细观参量的变化规律,深化了对堆石体变形机制的认识。 相似文献
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《岩土力学》2017,(4):965-972
土石混填体是一种由土体和块石混合形成的非均质散体材料,其抗剪强度特性主要受含水率、含石量、颗粒级配及压实度等因素的影响。基于室内大型直剪试验,在前人研究的基础上,考虑级配参数的影响,通过控制试样质量与体积达到试验所需的压实度水平,分析了各主要参数对土石混填体抗剪强度的影响规律。试验结果表明:在级配良好的情况下,随不均匀系数的增大,土石混填体抗剪强度先增加后减小,不均匀系数在22.99左右时取得峰值,而曲率系数对其影响较小;土石混填体的抗剪强度分别随着含石量、压实度的增加而不断增加,但当压实度超过92.5%后增加趋势变缓。随着含水率的增长,其抗剪强度先增加后减少,在最优含水率附近时达到峰值。基于Matlab多元线性回归分析,得出了各因素对土石混填体抗剪强度影响程度的主次顺序为:含石量含水率压实度不均匀系数曲率系数,通过非线性回归分析得到了其抗剪强度关于各因素的拟合公式,且相关指数R~2大于0.9。 相似文献
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为充分利用石质弃渣,填石路堤已经成为山区高等级公路较普遍的路堤形式。汶川地震以后,我国已处于地震活跃期,因此在高烈度区内修建高速公路,进行地震作用下稳定性研究的意义是显而易见的。小型振动台试验虽然受承载能力和台面尺寸的限制有诸多弊端,但所需经费少,可进行重复实验,其实验结果对工程实践有一定的借鉴作用,更是大型振动台试验积累经验所不可缺少的。作者对研究尚不成熟的填石路堤进行小型振动台试验,研究其在地震作用下的稳定性情况。涉及的雅泸高速公路填石路堤工程位于水库水位变动带内,实验发现水在地震过程中起着重要的作用。在无水条件下,地震导致的边坡破坏最先发生在边坡内侧,随着振动的持续,边坡外侧也将发展成破坏区;在水位上升后,地震导致的边坡破坏最先发生在边坡外侧,由振动产生的水浪对边坡的冲刷、淘蚀作用非常强烈。 相似文献
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颗粒材料在循环荷载作用下呈现循环硬化行为,然而关于循环硬化行为的宏-微观相对应的机理解释的研究却不多见。本文通过3D-DEM实施了循环三轴数值模拟试验,研究了不同级配下颗粒材料在循环荷载下的循环硬化行为,并分析了(轴向)平均模量和由滑动接触造成的能量耗散的演化趋势。结果表明随着循环荷载的进行,平均模量逐渐增加并趋于渐进值。每个循环内的能量耗散随着循环数的增加不会一直衰减,存在一个阈值。不同颗粒级配下平均模量的增加指数和能量耗散衰减指数的大小相近(约为0.6),表明在描述循环荷载硬化行为时,无论是使用变形模量还是归一化能量耗散在结果上是一致的,即微观尺度上滑动接触引起的能量耗散映射出宏观尺度上平均模量的变化。颗粒平均粒径越大的颗粒体系,其平均模量越大,而且越早完成能量耗散过程,但不同的颗粒级配下对应的能量耗散阈值差异较小,基本上维持在一个常数(约为0.15)。 相似文献