岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 3203-3212.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1732

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

花岗岩残积土剪切带上的细观结构损伤规律

黎澄生1, 2，孔令伟2，舒荣军2，刘智军1，张炳鑫1   

  1. 1. 汕头大学 土木与环境工程系，广东 汕头 515000；2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2022-11-03 接受日期:2023-01-03 出版日期:2023-11-28 发布日期:2023-11-28
  • 作者简介:黎澄生，男，1992年，博士，讲师，主要从事特殊土土力学、宏细观力学特性的研究。
  • 基金资助:
    2021年广东省科技专项（No. STKJ2021181）；汕头大学科研启动基金（No. NTF21017）；国家自然科学基金面上项目（No.12272394）。

Meso-structure damage evolution in shear bands of granite residual soil

LI Cheng-sheng1, 2, KONG Ling-wei2, SHU Rong-jun2, LIU Zhi-jun1, ZHANG Bing-xin1   

  1. 1. Department of Civil and Environmental Engineering, Shantou University, Shantou, Guangdong 515000, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2022-11-03 Accepted:2023-01-03 Online:2023-11-28 Published:2023-11-28
  • Supported by:
    This work was supported by the Special Fund for Science and Technology of Guangdong Province in 2021 (STKJ2021181), the Building Fund for the Academic Innovation Team of Shantou University (NTF21017) and the National Natural Science Foundation of China (12272394).

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摘要： 剪切带和裂隙演化对土体滑坡至关重要，裂隙是土体中最薄弱的区域，但是当前缺乏用于定量分析剪切带上细观结构损伤规律的方法。为了揭示花岗岩残积土内部裂隙对剪切变形破坏的影响，利用CT扫描获得试样在三轴加载过程中不同加载阶段的数字体图像，基于数字体图像相关方法（digital volume correlation，简称DVC）把复杂三维裂隙的坐标进行转换，根据加载前后的裂隙在三维空间的重叠特征提出改进的裂隙分类方法，将裂隙分为8种：湮灭型裂隙、新生型裂隙、继承型裂隙、拆分型裂隙、合并型裂隙、复合-新生型裂隙、复合-继承型裂隙和复合-混合型裂隙。结果显示：新生型裂隙和复合型裂隙与剪切带演化紧密相关。随着轴向应变的增大，剪切带上的新生型裂隙和复合-新生型裂隙呈增大趋势，当轴向应变为12%时新生型裂隙体积含量超过50%；复合-继承型裂隙呈快速衰减特征，而复合-混合型裂隙呈先增大后衰减的趋势。在剪切带萌生初期，剪切带内部生成少量新生裂隙，但裂隙是材料中最薄弱的区域，因此新生裂隙加速了剪切带的发育；随着剪切带的发育，大量新生裂隙使剪切带上的细观结构损伤更为严重；剪切带与裂隙之间互相耦合影响，最终使土体发生破坏。

关键词: 花岗岩残积土, CT, 剪切带, 裂隙分类, 损伤

Abstract: Shear band and crack evolution are very important for landslides. Crack is the weakest area in soil, and there is a lack of effective methods to analyze the meso-structure damage in shear bands quantitatively. To reveal the influence of cracks in granite residual soil on shear deformation and failure, CT scanning was used to obtain volume images of the sample at different loading stages during triaxial loading. Based on the digital volume correlation (DVC) method, a crack classification method is established according to the connectivity characteristics of cracks before and after loading. The cracks can be divided into eight kinds: obsolete, brand-new, isolated, split, combined, compound-brand-new, compound-isolated, and compound-mixed cracks. The results show that the brand-new cracks and compound-type cracks are closely related to the shear band evolution. With the increase of axial strain, the brand-new cracks and compound-brand-new cracks are in an increasing trend. When axial strain is 12%, the volume content of the brand-new cracks is more than 50%, the compound-isolated cracks exhibit rapid attenuation, and the compound-mixed cracks tend to increase first and then decrease. At the early stage of shear band initiation, a few new cracks are formed in the shear band, which accelerates the development of the shear band as the cracks are the weakest area. With the development of the shear band, a large number of new cracks cause more serious damage to the meso-structure in the shear band. Finally, the coupling effect of shear bands and cracks destroys the soil strength.

Key words: granite residual soil, CT, shear band, crack classification, damage

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