岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (2): 610-615.doi: 10.16285/j.rsm.2017.1329

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

珊瑚砂大剪切应变下的剪切特性和分形维数

张小燕1, 2，蔡燕燕2, 3，周浩燃1，杨 洋1，李玉龙1   

  1. 1. 中国矿业大学（北京） 力学与建筑工程学院，北京 100083；2. 中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏 徐州 221008； 3. 华侨大学 岩土工程研究所，福建 厦门 361021
  • 收稿日期:2017-08-14 出版日期:2019-02-11 发布日期:2019-02-14
  • 作者简介:张小燕，女，1986年生，博士，讲师，主要从事珊瑚砂等海洋岩土工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51774147，No. 51809264）；中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金（No. SKLGDUEK1701）；中央高校基本科研业务费（No. 2017QL04）；中国矿业大学(北京)越崎杰出学者奖励计划项目。

Shear behaviors and fractal dimensions of carol sand at large shear strains

ZHANG Xiao-yan1, 2, CAI Yan-yan2, 3, ZHOU Hao-ran1, YANG Yang1, LI Yu-long1   

  1. 1. School of Mechanics & Civil Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China; 2. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China; 3. Institute of Geotechnical Engineering, Huaqiao University, Xiamen, Fujian 361021, China
  • Received:2017-08-14 Online:2019-02-11 Published:2019-02-14
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51774147, 51809264), the Open Research Fund of State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology (SKLGDUEK1701), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2017QL04) and the Yueqi Distinguished Scholar Project, China University of Mining & Technology (Beijing).

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摘要： 利用Wille Geotechnik环向剪切仪对3种不同粒径的珊瑚砂进行了大剪切位移的环向剪切试验，探讨了颗粒破碎对珊瑚砂强度和残余应变发展的影响。试验结果表明：颗粒破碎随着剪切位移的增加逐渐增加，且初始粒径较大的均匀级配珊瑚砂粒径越大颗粒破碎越多。颗粒破碎对峰值强度和残余强度无影响，但对珊瑚砂的体积应变有显著影响，颗粒破碎较多的试样其体积应变也较大。建立了考虑长宽比、球形度和凹凸度的分形维数计算公式。由于颗粒破碎后颗粒形状在全粒径范围内的自相似性和无尺度性，考虑颗粒形状与不考虑颗粒形状的公式计算得到的珊瑚砂分形维数基本一致。

关键词: 环向剪切试验, 颗粒破碎, 珊瑚砂, 分形维数

Abstract: Wille Geotechnik ring shear apparatus was applied to conduct large shear strain ring shear tests on three samples of uniform carol sand with different sizes. This paper investigates the effects of particle breakage on peak strength and residual strength. The experimental results indicate that particle breakage increases with increasing the shear distance, and also increases with increasing particle size. Particle breakage has subtle or negligible effect on the peak strength and residual strength. However, particle breakage remarkably influences the volumetric strain, where the volumetric strain increases with increasing the particle size because of large particles suffered greater particle breakage. An equation for fractal dimension considering length-width ratio, sophericity and camber is established. As the self-similar and no scale of particle along with ranges of sizes, the fractal dimension calculated through the cumulative number of particles with consideration of particle shape is the same with that of particles without considering of particle shape.

Key words: ring shear tests, particle breakage, coral sand, fractal dimension

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