壓實(shí)黏土二維斷裂試驗(yàn)方法及PFC模擬研究.pdf

1、黏土具有良好的抗?jié)B性、較高的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在土質(zhì)心墻堆石壩中常被用作心墻填料。心墻是土石壩的防滲體，其抗裂性能對(duì)大壩安全具有極其重要的意義，隨著高心墻壩的興起，黏土心墻的裂縫問(wèn)題受到更多的關(guān)注。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào):51479012）和重慶市研究生科研創(chuàng)新基金（編號(hào):CYS16180），從斷裂力學(xué)角度出發(fā)，在總結(jié)傳統(tǒng)斷裂相關(guān)試驗(yàn)方法基礎(chǔ)上，結(jié)合斷裂力學(xué)理論開展了適用于壓實(shí)黏土的二維斷裂試驗(yàn)方法研究。并采用離散元PFC數(shù)值

2、方法進(jìn)行了壓實(shí)黏土的二維斷裂的數(shù)值仿真試驗(yàn)，分別從宏細(xì)觀層面研究了壓實(shí)黏土在拉伸、剪切、拉剪、壓剪應(yīng)力狀態(tài)下的斷裂特性。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)從試樣結(jié)構(gòu)形式、加載方式、監(jiān)測(cè)手段等方面入手，設(shè)計(jì)了適用于壓實(shí)黏土的二維斷裂試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)試樣采用單邊裂縫長(zhǎng)方體試樣，加載設(shè)備采用WDW-100微機(jī)伺服控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，采用VIC-3D非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行斷裂過(guò)程中試樣裂縫的擴(kuò)展過(guò)程、張開位移等監(jiān)測(cè)。根據(jù)二維斷裂中

3、拉伸、剪切、拉剪和壓剪四種應(yīng)力狀態(tài)下的裂紋尖端受力狀態(tài)，分析了四種應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力強(qiáng)度因子。
　　(2)對(duì)PFC中線性接觸模型中的細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，研究了線性接觸模型中的細(xì)觀參數(shù)對(duì)宏觀力學(xué)特性的影響。采用GDS動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行黏土的固結(jié)排水三軸試驗(yàn)，獲得了黏土的宏觀物理力學(xué)參數(shù)。參照細(xì)觀參數(shù)與宏觀力學(xué)特性間的關(guān)系，采用PFC雙軸數(shù)值試驗(yàn)進(jìn)行了細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定，得到了與黏土宏觀物理力學(xué)參數(shù)吻合較好的線性接觸模型的PFC細(xì)觀參數(shù)。

4、
　　(3)基于二維斷裂試驗(yàn)方法，建立了相應(yīng)的拉伸斷裂PFC數(shù)值模型和剪切斷裂PFC數(shù)值模型。采用離散元數(shù)值方法，研究了拉伸斷裂和剪切斷裂兩種基本斷裂形式的斷裂破壞過(guò)程，分析了初始裂縫長(zhǎng)度、初始裂縫寬度、加載速率以及試樣尺寸等因素對(duì)兩種基本斷裂形式的宏觀斷裂特性、裂縫擴(kuò)展過(guò)程及斷裂破壞形態(tài)的影響。
　　(4)基于二維斷裂試驗(yàn)方法，建立了相應(yīng)的拉剪斷裂PFC數(shù)值模型和壓剪斷裂PFC數(shù)值模型。采用離散元數(shù)值方法，研究了這兩種復(fù)合