土體破壞細(xì)觀機理及顆粒流數(shù)值模擬.pdf

1、在土木工程中，土坡穩(wěn)定分析是個十分重要的問題。其領(lǐng)域涉及公路、鐵路、碼頭、水利工程、采礦、廢渣堆場等設(shè)施的建設(shè)。由于實際土坡的受力特征和地質(zhì)條件較為復(fù)雜，土坡的破壞過程和影響因素復(fù)雜多變，目前對土坡分析還不能用理論方法完全地計算其穩(wěn)定性，大多數(shù)計算方法都是建立在一定的假設(shè)基礎(chǔ)上提出和發(fā)展的，任何一種方法都是對復(fù)雜邊坡工程性態(tài)的近似表征，其分析結(jié)果的可靠性取決于計算方法假設(shè)與實際情況的接近程度。 交通委員會把土坡破壞分為：倒塌、傾

2、覆、滑動、擴展和流動五種基本類型。計算機模擬是一種重要的分析方法和手段，利用計算機模擬，可以對邊坡的穩(wěn)定情況作出較為準(zhǔn)確的判斷，并節(jié)省大量的人力和物力，但目前計算機模擬大多數(shù)只對邊坡的滑動破壞分析的較多，而對其它幾種破壞形式和機理研究相對較少。更為重要的是，邊坡體作為一種復(fù)雜的地質(zhì)體屬于非連續(xù)介質(zhì)，邊坡體的不同部位其力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)、位移的規(guī)律等是不同的。用基于離散元理論的顆粒流(PFC2D)對邊坡進行仿真模擬，無需假定材料的本構(gòu)關(guān)系

3、，無需假定滑裂面，直接從細(xì)觀上定義顆粒之間的接觸關(guān)系，其計算過程是邊坡內(nèi)部材料自身求得穩(wěn)定狀態(tài)的自然調(diào)整過程，不要求位移連續(xù)，變形協(xié)調(diào)，通過可視化直接描述邊坡的傾倒、滑移、裂縫的開展過程，以及滑裂面的幾何形狀和位置。 土體的剪切破壞，土坡的滑動破壞均可視為局部化剪切帶形成的現(xiàn)象，剪切帶問題對研究地基承載力、邊坡、擋土墻、打樁以及開挖等工程均有著重要的理論和實踐意義。分析土體破壞機制要從其根本入手，即研究剪切帶形成發(fā)展機制入手。本

4、文通過引入顆粒流理論和開發(fā)顆粒流數(shù)值模擬技術(shù)，克服傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型的宏觀連續(xù)性假設(shè)，對土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和剪切帶形成機理進行細(xì)觀數(shù)值模擬，分析細(xì)觀參數(shù)對宏觀力學(xué)特性的影響，將土體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)反應(yīng)聯(lián)系起來，建立材料細(xì)觀與宏觀參數(shù)的定量關(guān)系。并從細(xì)觀上揭示了土體中剪切帶形成的機制，使對土體工程力學(xué)特性和剪切帶形成與發(fā)展等漸進破壞過程有更深入的了解和發(fā)現(xiàn)。 本文還采用數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)和數(shù)字圖像變形量測無標(biāo)點法，對土坡室內(nèi)模型