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).

PDF (Chinese)

467

PDF (English)

7

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

中图分类号: 

  • TU 447
[1] 范浩, 王磊, 罗勇, 朱传奇, . 卸荷损伤砂岩的分级加载三轴蠕变力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 277-288.
[2] 刘宗祺, 陈曦, 崔柳生, 唐建彬. 直剪和双轴离散元数值试验中剪切带宽度的孔隙率场测量技术[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 742-750.
[3] 王贵宾, 刘桓兑, 唐明豪, 杨春和, 陈世万, . 复杂应力路径下的花岗岩洞室开挖损伤区研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2539-2553.
[4] 龙大愚, 王宇, 李鹏, 李长洪, 蔡美峰, . 不同灰砂比岩充组合体疲劳损伤与破裂特性试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2669-2681.
[5] 詹金武, 周亚来, 王雨, 黄明, 江松, . 高温-冷却-冲击循环下花岗岩物理损伤及力学劣化试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(8): 2362-2372.
[6] 刘晓裴, 江权, 李邵军, 辛杰, 陈朋飞, . 循环加卸载下大理岩渐进损伤的能量特性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(8): 2373-2386.
[7] 李洪亚, 马林建, 刘杰, 李增, 邓家军, 许宏发, . 周期性孔隙水压作用下砂岩损伤劣化特性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(7): 2000-2010.
[8] 樊赖宇, 吴志军, 储昭飞, 翁磊, 王智洋, 刘泉声, 陈结, . 动态冲击下红砂岩蠕变特性及损伤本构模型[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1608-1622.
[9] 叶帅华, 辛亮亮, . 基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1457-1471.
[10] 李泽闯, 张昊, 程培峰, 王艳丽, . 含粗粒滑带土剪切带演化及空间展布规律研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1067-1080.
[11] 郅彬, 王尚杰. 干湿-冻融循环下黄土力学特性及损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1092-1102.
[12] 周慧颖, 李树忱, 王曼灵, 袁超, 张俊艇, 冯健鹏, . 气孔杏仁状玄武岩随机三维模型构建与 单轴压缩力学行为研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1214-1232.
[13] 鞠明和, 陶泽军, 蔚立元, 姜礼杰, 郑彦龙, 邹春江, . 钢粒子迟滞重复冲击破岩硬岩损伤破裂特征研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1242-1255.
[14] 刘汉香, 叶刁瑜, 别鹏飞, 朱星, . 循环加卸载过程中灰岩微细观损伤特征的试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 685-696.
[15] 刘动, 林沛元, 李伟科, 黄胜, 马保松, . 跨孔CT岩溶识别方法准确性的统计学评价[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 822-834.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 刘 晓，唐辉明，刘 瑜. 基于集对分析和模糊马尔可夫链的滑坡变形预测新方法研究[J]. , 2009, 30(11): 3399 -3405 .
[2] 胡大伟，周 辉，谢守益，张 凯，邵建富，冯夏庭. 大理岩破坏阶段Biot系数研究[J]. , 2009, 30(12): 3727 -3732 .
[3] 师旭超，韩 阳. 卸荷作用下软黏土回弹吸水试验研究[J]. , 2010, 31(3): 732 -736 .
[4] 原喜忠，李 宁，赵秀云，杨银涛. 东北多年冻土地区地基承载力对气候变化敏感性分析[J]. , 2010, 31(10): 3265 -3272 .
[5] 白 冰，李小春，石 露，唐礼忠. 弹塑性应力-应变曲线的斜率恒等式及其验证和应用[J]. , 2010, 31(12): 3789 -3792 .
[6] 唐利民. 地基沉降预测模型的正则化算法[J]. , 2010, 31(12): 3945 -3948 .
[7] 李占海，朱万成，冯夏庭，李绍军，周 辉，陈炳瑞. 侧压力系数对马蹄形隧道损伤破坏的影响研究[J]. , 2010, 31(S2): 434 -441 .
[8] 蔡辉腾，危福泉，蔡宗文. 重庆主城区粉质黏土动力特性研究[J]. , 2009, 30(S2): 224 -228 .
[9] 宋 玲 ，刘奉银 ，李 宁　. 旋压入土式静力触探机制研究[J]. , 2011, 32(S1): 787 -0792 .
[10] 金解放 ，李夕兵 ，殷志强 ，邹 洋. 循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究[J]. , 2011, 32(5): 1385 -1393 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发