基于PFC3D的黄土三轴试验细观参数敏感性分析     

许江波  曹宝花  余洋林  骆永震 《工程地质学报》2021,29(5):1342-1353

从细观角度出发,研究各细观参数对黄土三轴试验宏观力学响应的影响,基于三维离散元PFC3D软件及理论,结合室内三轴试验结果确定数值模拟基本细观参数取值范围,在50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa围压下对三轴试样进行颗粒流模拟,通过改变各细观参数值对黄土数值试样宏观力学行为影响程度及正交试验设计的方式,开展黄土三轴数值模拟过程中摩擦系数、孔隙率、颗粒刚度比k_n/k_s、颗粒粒径分布的敏感性分析,建立土体细观参数与宏观力学的关系式。结果表明:不同围压下数值试样峰值强度和剩余强度均与摩擦系数正相关,与颗粒刚度比、孔隙率负相关,而颗粒粒径分布的变化对其影响均小于2%。低围压下(50 kPa),孔隙率对数值试样峰值抗剪强度和剩余强度影响最大,颗粒刚度比次之,高围压下(200 kPa),摩擦系数对数值试样强度的影响比颗粒刚度比更为显著;对数值试样的初始线弹性模量和应变软化特性影响最大的细观参数为孔隙率,刚度比次之,颗粒粒径分布最小,200 kPa围压下正交试验分析结果与数值分析结果一致。通过改变细观参数取值范围的方式系统地分析了其对黄土三轴试验宏观力学性能的影响,为今后离散元软件用于黄土室内试验研究提供了参考。  相似文献   

季节性冻土区粗颗粒土边坡自然演化特征试验研究     

赵文  汪小静  徐正宣  付文丽  蒋世银 《工程地质学报》2021,29(5):1497-1506

拟建川藏铁路沿线广泛分布季节性粗颗粒冻土,该类土质边坡稳定性问题突出,有必要探讨此类边坡的自然演化特征及其规律。本文针对粗颗粒土边坡在降雨-日晒-冻融循环条件下的变化规律,开展了单一要素和多要素组合条件下的试验研究。研究表明,对于初始坡度较陡的粗颗粒土边坡,在自然降雨-日晒作用下,边坡会向自然稳定坡度发展演化。反复冻融作用下,坡面土体冻胀融沉,产生残余变形,冻胀量约为冻结深度的0.09~0.1倍,残余变形量约为冻结深度的0.052~0.062倍,坡面土体含水率增加2% ~3%。反复冻融后坡面土体结构变松散,空隙增多,密实度降低,松散土体在降雨条件下易流失,坡体向后退化。季节性冻土区粗颗粒土边坡自然演化特征表现为:降雨-日晒作用→边坡趋于稳定→冻融作用→坡面土体变松散→降雨冲刷→坡面后退→更深处土体冻融。该过程随季节变化反复进行,边坡逐年后退。  相似文献   

黄土颗粒结构特征及其对剪切行为的影响     

苑伟娜  范文  邓龙胜  李维婉  周彦妍 《工程地质学报》2021,29(3):871-878

微结构控制着黄土的宏观力学行为,进而影响着工程土体稳定性。本文通过X射线CT试验研究了陕西泾阳Q₂黄土试样的三维颗粒结构特征,结合三轴剪切试验建立了黄土的颗粒流离散元数值计算模型,探讨了颗粒尺寸、形态和排列等结构特征对黄土剪切行为的影响。结果表明黄土试样颗粒的等效直径分布满足Weibull概率分布,球度分布符合Gamma分布,颗粒最大Feret直径方向角集中分布在与地层近平行的方向,表现出横观各向同性的排列特征。颗粒尺寸分布与颗粒球度值对试样的剪切破坏方式影响较小,主要影响试样的剪切强度特征:颗粒尺寸分布越均匀,试样应变硬化现象越显著,抗剪强度越高;椭圆形颗粒的球度值越小,试样的应变硬化现象越显著,但抗剪强度相对越低。颗粒排列方式对剪切行为的影响较显著,颗粒方向主要垂直于轴向加载方向时,试样具有较大的峰值强度和应力降,形成贯通的剪切破坏面;颗粒方向主要平行于轴向加载方向时,试样具有较低的抗剪强度,表现为塑性剪切破坏。  相似文献   

预制裂隙岩样宏细观力学行为颗粒流数值模拟          下载免费PDF全文

王星辰  王志亮  黄佑鹏  贾帅龙 《水文地质工程地质》2021,48(4):86-92

为了研究双轴压缩下预制裂隙岩样宏细观力学行为及裂纹扩展模式,采用颗粒流程序（PFC）先分析平行粘结模型细观参数对宏观参数的影响,接着结合完整花岗岩常规三轴压缩试验结果对其细观参数进行标定,最后借助该组参数模拟有围压下预制裂隙（上裂隙①和下裂隙②）岩样的力学特性。研究表明:基于PFC程序和标定的参数能较好地模拟完整岩样的破坏情况;随着围压增大,双裂隙岩样的峰值强度和弹性模量均增大,且裂隙②与水平向夹角α₂为90°时,两者均达到最大值;不同的α₂下,各岩样的裂纹演化均经过裂纹萌生、发展和稳定等3个阶段;随着围压的降低和轴向应力的增大,颗粒间的力链破坏情况愈严重。由于拉伸力链的集中和分布不同,水平裂隙长度方向上的裂纹沿着轴向扩展,且两裂隙的贯通呈现不同方式。  相似文献   

罗布泊自生胶黄铁矿对磁性参数χ_ARM/SIRM指示意义的影响     

李文  穆桂金  林永崇  张慧娟  吴汪洋  孙蕗 《沉积学报》2022,40(5):1280-1288

沉积物中磁性矿物的颗粒大小具有重要环境指示意义,是环境磁学研究的重要内容。磁性参数非磁滞剩磁磁化率/饱和等温剩磁（χ_ARM/SIRM）常被用于指示磁性颗粒大小,当沉积物磁性特征为较粗的多畴（MD）颗粒主导时表现为低值,而为较细的单畴（SD）颗粒主导时表现为高值。本研究对罗布泊盐湖LB剖面的沉积物进行了系统环境磁学测试,结果发现剖面中含有5个χ_ARM/SIRM值低于上覆层和下伏层的层位,指示其磁性颗粒较粗。但磁滞参数和扫描电镜结果显示这5个层位磁性颗粒明显细于上覆层和下伏层沉积物,显示χ_ARM/SIRM在这5个层位的指示意义失真。矿物鉴定结果显示这5个层位的主导磁性矿物为早期成岩成因的SD胶黄铁矿,赋存形态主要为颗粒团聚体、单颗粒或颗粒团聚体附着于硅酸盐矿物表面以及分布于薄片状硅酸盐内,这种赋存形态导致其具有较强的磁相互作用,并限制了χ_ARM的增加,最终造成χ_ARM/SIRM下降,指示意义失真。本研究显示当沉积物中存在胶黄铁矿等自生矿物时,利用比值参数χ_ARM/SIRM判断磁性矿物颗粒特征需谨慎。  相似文献   

Analysis of influencing factors of clay particle diffusion in electric double layer北大核心CSCD     

尚飞  杨成松  张莲海  周成林  韩大伟  石亚军 《冰川冻土》2022,44(2):495-505

双电层结构对研究黏土力学特性、冻土水分迁移等具有重要意义。为了探究不同影响因素对黏土颗粒扩散双电层电势分布的影响,借鉴Gouy-Chapman-Stern双电层理论,基于Nernst-Planck方程和Poisson-Boltzmann方程,利用数值软件COMSOL定量分析了温度、浓度、颗粒尺寸、颗粒形状以及溶液相对介电常数对扩散双电层电势分布的影响规律。研究表明：温度对电势分布的影响不明显,但随着温度以及Stern层厚度增加,黏土颗粒表面电势和Stern电势均增加;而随着溶液浓度以及相对介电常数减小,表面电势值增加;在矿物成分、表面电荷密度以及颗粒形状确定的情况下,尺寸对于扩散双电层电势分布的影响不显著;但颗粒的不规则形状对电势分布的影响较为明显,当颗粒形状存在夹角时,夹角处的表面电势远大于其他位置,且夹角越小,夹角处表面电势值越大。  相似文献   

考虑损伤的平行黏结接触模型开发及其参数影响分析     

刘云贺  王琦  宁致远  孟霄  董静  杨迪雄 《岩土力学》2022,(3):615-624

为研究颗粒细观接触之间的损伤、断裂过程,基于离散元颗粒流程序(PFC^3D),在平行黏结模型的基础之上,引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量表征颗粒黏结键的变形、强度及能量演化特征,根据最大应力准则确定黏结键损伤起始判据,通过C++语言编程对该接触模型进行二次开发。对单一黏结键进行拉伸、剪切、弯曲及扭转测试,对比理论计算结果,验证了考虑损伤的平行黏结接触模型的计算精度;建立三维细观离散元模型,模拟砂岩单轴压缩试验和花岗岩三轴试验,表明了该模型的适用性和准确性。在此研究基础之上,对考虑损伤的平行黏结模型进行参数影响分析,结果表明：损伤演化系数对应力-应变全曲线的弹性段范围、峰值应力以及达到峰值应力后的软化速率有显著影响;对比研究了应力-应变曲线在不同阶段黏结键损伤、裂隙萌发、扩展及贯通的演化过程;进一步研究了弹性应变能和耗散能的演化规律,引入了耗散能释放率参数,阐释了损伤演化系数越大应力-应变曲线达到峰值应力后下降速率越快的原因。  相似文献   

不同粒径黄砂岩微观−宏观裂纹演化机制研究     

王立  倪彬  谢伟  王书昭  寇坤  赵奎 《岩土力学》2022,43(Z2):373-381

为了探讨粒径对黄砂岩微观-宏观裂纹演化机制的影响,系统地开展了不同粒径黄砂岩单轴压缩声发射试验。基于声发射监测技术以及震源机制反演方法,对岩石变形破坏过程中微裂纹演化机制进行了研究,同时利用电镜扫描技术与几何分形理论,对破坏后的砂岩表面裂隙宏观形态及试件断口的微观形貌特征进行了分析。试验结果表明：粒径的大小、胶结物类型的不同均可影响岩石强度,通过室内试验得出随着黄砂岩粒径的逐渐增大,其峰值应力呈逐渐下降的变化趋势;对比不同粒径黄砂岩试件变形破坏过程中的声发射改进 b 值（ bI 值）与平均声发射能率,所有试件峰值破坏前平均声发射能率均存在“激增”与“激降”现象,且声发射 bI 值在砂岩试件达到峰值破坏时下降到最小值,该现象可以作为岩石的失稳破坏前兆特征;随着构岩矿物颗粒粒径的增大,岩石内部微裂纹的破坏模式由张拉型为主导向剪切型为主导进行转变;破坏后岩样表面宏观裂隙的分形维数随着岩石粒径的增加呈现下降的变化趋势,即粒径大小对岩石表面宏观裂隙演化过程具有一定控制作用。  相似文献   

水力切缝上方TBM滚刀贯入破坏机制模拟研究     

程建龙  邹清友  杨圣奇  李晓昭  梁泉  曲磊  梅炎 《岩土力学》2022,43(8):2317-2326

为了提高坚硬岩层隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）贯入度和降低滚刀受力,高压水射流辅助TBM滚刀破岩已在工业界初步应用。为了揭示水力切缝滚刀破岩机制,基于水力切缝岩石滚刀贯入试验进行了三维颗粒流模拟,研究了滚刀贯入力和贯入刚度随切缝深度的变化规律,揭示了不同切缝深度滚刀纵横剖面内的裂纹扩展和力链演化过程,分析了拉裂纹和剪裂纹随切缝深度的变化规律,明确了不同切缝岩石滚刀贯入的破坏模式和破坏机制。结果表明,第1次贯入的贯入刚度和贯入力随切缝深度的增加大致呈线性降低,第2次贯入的峰值力和贯入刚度小于第1次。而且,50～80 mm刀间距的变化对峰值贯入力的影响并不显著。随着切缝深度的增加,滚刀下方力链集中区边缘的倾角变大。由此导致破坏倾向于倾斜向下发展,当刀间距增加时,破坏由切缝一侧倾斜破坏向两切缝中间岩脊倾斜破坏转变,研究结果可为TBM滚刀与水射流布置和切缝深度的选取提供一定参考。  相似文献   

颗粒级配及初始干密度对路基翻浆冒泥特性的影响     

丁瑜  贾羽  王晅  张家生  陈晓斌  罗昊  张宇 《岩土力学》2022,43(9):2539-2549

重载铁路路基翻浆冒泥病害广泛存在且危害性极大,严重影响了轨道的稳定性和列车运行的安全性。铁路路基土体性质,如颗粒级配、孔隙比等对列车荷载作用下路基翻浆冒泥特性有显著的影响。利用自主研发的试验模型对粉质黏土与不同含量高岭土重塑试样进行翻浆冒泥试验,研究了不同颗粒级配（高岭土含量）、不同初始干密度（孔隙比）对循环荷载作用下试样的轴向应变、超孔隙水压力以及细颗粒迁移特性的影响。研究结果表明：随着高岭土含量以及初始干密度的增加,动荷载作用下试样产生的轴向应变、超孔隙水压力均减小,细颗粒迁移的平均高度降低,路基翻浆冒泥的程度减轻。通过试验发现,动荷载作用下试样内部的超孔隙水压力梯度是驱动路基土体细颗粒迁移的主导因素,试样产生的夹层对路基翻浆冒泥病害的发展具有一定的促进作用。  相似文献