近似級配條件下砂土力學性質差異及其PFC分析方法的研究.pdf

1、一般情況下，巖體材料都是由大量的顆粒物質組成的，砂土在形成過程中由于有機質及礦物成分的分解，造成了砂土孔隙率高、顆粒疏散且各向異性的結構特性。迄今為止，為了更好的了解砂土這種巖土材料的特性，許許多多的學者投身到砂土的力學特性研究當中。雖然對砂土的宏觀特性取得了一定的成果，但從細觀角度出發(fā)對砂土的研究還很缺乏。本文考慮結合砂土的宏細觀特征，對砂土進行力學特性的分析，以期達到從細觀角度來解釋宏觀現(xiàn)象的目的。為了達到這個目的，本文擬采用PFC

2、顆粒流模擬與室內試驗結合的方式，首先對均勻砂及近似級配的砂土（Cc、Cu一致，顆粒粒徑分布不同）分別控制相對密度來進行直剪試驗，然后再對其進行PFC模擬試驗，將所得結果進行對比，從細觀角度上解釋一些宏觀現(xiàn)象。并通過摩擦角的比值來對PFC模擬代替室內直剪試驗的可靠性進行肯定，得到了砂土級配與抗剪強度的確切關系。
　　且現(xiàn)有的粒徑劃分多依賴篩分試驗，且受到了篩孔孔徑的局限，通過PFC顆粒流模擬試驗可以試驗顆粒粒徑分布的任意化，即級配的

3、任意化。如此一來，可按砂土分類標準來對d50分類，并進一步通過控制不均勻系數(shù)等顆粒級配參數(shù)來界定砂土的內摩擦角，可為巖土工程的內摩擦角提供有效參考值。
　　本文主要取得的成果如下:
　　1.通過對PFC模擬任意粒徑分布下的直剪試驗所得數(shù)據(jù)進行歸納整理可以發(fā)現(xiàn):當d50、 d10恒定時，內摩擦角隨著不均勻系數(shù)Cu的增大而增大，且當Cu大于某一特定值時，內摩擦角的增大速度明顯變快;當d50、Cu恒定時，內摩擦角隨著d10的增大而

4、增大;當改變d50的值時，發(fā)現(xiàn)其對內摩擦角產(chǎn)生的影響遠不及Cu對內摩擦角產(chǎn)生的影響。
　　2.近似級配砂直剪試驗結果表明:顆粒級配影響抗剪強度的大小，級配越均勻，抗剪強度越大，摩擦角也隨之更大。另外，根據(jù)均勻砂的直剪試驗可知，砂土所含粗粒越多，砂土的抗剪強度就越高。
　　3.通過Matlab進行神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練，并輸入宏觀參數(shù)來完成PFC細觀參數(shù)的選取。
　　4.利用PFC2D對砂的室內直剪試驗進行模擬，通過圖形的輸出更

5、加直觀的看到了砂樣顆粒與顆粒之間的孔隙率、配位數(shù)以及接觸力的變化現(xiàn)象。并證明了顆粒流模擬方法和試驗室試驗的一致性。
　　5.經(jīng)過對剪切盒中部及四個角落處測量圓的孔隙率、配位數(shù)的變化曲線分析得到:隨著剪切的持續(xù)進行，孔隙率及配位數(shù)都是一個持續(xù)變化的過程，且不同位置的孔隙率和配位數(shù)的變化規(guī)律不盡相同。剪切初始階段左上角和右下角顆?？紫堵首钚。骄湮粩?shù)最多，這符合實際的剪切過程中力的分布。且在剪切后期由于剪切作用導致剪切帶中顆粒移動、