岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3383-3404.doi: 10.16285/j.rsm.2023.1148

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

土颗粒材料中的复杂网络结构演化分析

刘恩龙,蒋炼,姜晓琼,田健秋,孙艺,许然   

  1. 四川大学 水利水电学院 岩土与地下工程系,四川 成都 610065
  • 收稿日期:2023-07-30 接受日期:2023-10-10 出版日期:2023-12-20 发布日期:2023-12-21
  • 作者简介:刘恩龙,男,1976年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土本构关系方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.12372376,No.41771066)。

Analysis on evolution of complex network structure of soil granular materials

LIU En-long, JIANG Lian, JIANG Xiao-qiong, TIAN Jian-qiu, SUN Yi, XU Ran   

  1. Department of Geotechnical and Underground Engineering, College of Water Rescources and Hydropower, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China
  • Received:2023-07-30 Accepted:2023-10-10 Online:2023-12-20 Published:2023-12-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (12372376, 41771066).

摘要: 复杂网络分析方法可应用于土颗粒材料在加载过程中的结构演化分析以及搭建土颗粒材料的微细观与宏观尺度上力学参数之间的联系。主要叙述了我们近十年来采用复杂网络方法分析土颗粒材料的结构演化以及细观参数与宏观力学特性之间的相互关系方面的研究成果。首先介绍了复杂网络中的基本概念(平均度、聚类系数、平均路径长度、力圈);然后分析了双轴条件下的土颗粒材料的细观结构演化以及土坡失稳启动与滑动过程的接触网络参数变化规律;再者分析了考虑颗粒形状、中主应力系数、循环加载路径复杂加载条件下的土颗粒材料的细观结构演化规律;最后,把接触网络的细观结构参数与宏观力学特性相关联,建立了状态参数与平均度、细观结构参数与动强度、平均度和最短路径长度与修正剑桥模型的屈服函数、平均度与基础垂直压力之间的关系,并基于最大流修改了统一硬化模型中参数的取值。

关键词: 土颗粒材料, 复杂网络, 接触网络, 多尺度, 细观结构

Abstract: Complex network analysis methods can be applied to analyze the structural evolution of granular materials during loading and establish the relationships of mechanical parameters of these materials between micro/meso and macro scales. This articles mainly reviews our research results in recent years on the structural evolution of granular materials and the relationship between microscopic parameters and macroscopic mechanical properties using complex network methods. Firstly, the basic concepts of complex networks (average degree, clustering coefficient, average path length, and force chain) are introduced. Then, the microstructural evolution of granular materials under biaxial conditions and the network contact parameter changes during the initiation and sliding of soil slopes are analyzed. Furthermore, the microstructure evolution of granular materials considering particle shape, intermediate principal stress coefficient, and complex loading paths is discussed. Finally, the mesoscopic structural parameters of the contact network are associated with the macroscopic mechanical properties, and relationships between the state parameters and average degree, the microscopic structural parameters and soil dynamic strength, the average degree as well as shortest path length and yield function of the modified Cam clay model, and the average degree and the ground vertical pressure are established. The parameters in the unified hardening model are modified based on the maximum flow model.

Key words: soil granular materials, complex network, contact network, multiple scales, meso structure

中图分类号: 

  • TU43
[1] 程树范, 曾亚武, 高睿, 李涵, . 干湿作用下受荷石膏质泥岩的不可逆膨胀特征[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 332-340.
[2] 刘嘉英, 许智超, 魏纲, 胡成宝, 孙苗苗, 王雨婷. 加卸载状态下散粒体力链结构的复杂网络分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2767-2778.
[3] 刘征宇, 庞永昊, 张凤凯, 万勇, 刘磊, 蔡玉梅, 刘嘉雯, . 基于多尺度边缘特征的深度学习电阻率反演方法[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3299-3306.
[4] 胡 智, 李志超, 李丽华, 严鑫, 詹伟. 基于CT的干湿循环−动荷载贯序耦合作用下 压实粉质黏土细观结构特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2860-2870.
[5] 张慧梅, 王云飞. 冻融红砂岩损伤演化多尺度分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2103-2114.
[6] 杨晓娟, 马刚, 周恒, 陆希, 李易奥, 周伟, . 基于复杂网络的岩土颗粒材料分散性失稳先兆研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1978-1988.
[7] 鲁洋, 刘斯宏, 张勇敢, 杨蒙. 黏质土石混合体渗透特性试验及演化机制探讨[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1540-1548.
[8] 刘嘉, 冯德銮, . 考虑土颗粒微细观运动的多尺度耦合 有限元分析方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1186-1200.
[9] 蔡改贫, 宣律伟, 张雪涛, 郭晋. 多尺度内聚颗粒模型破碎过程研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1809-1817.
[10] 谢亦朋, 杨秀竹, 阳军生, 张聪, 戴勇, 梁雄, 龚方浩, . 松散堆积体隧道围岩变形破坏细观特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4925-4934.
[11] 冯上鑫,柴军瑞,许增光,覃 源,陈 玺. 基于核磁共振技术研究渗流作用下土石混体细观结构的变化[J]. , 2018, 39(8): 2886-2894.
[12] 刘 镇,周翠英,陆仪启,林振镇, . 软岩水-力耦合的流变损伤多尺度力学试验系统的研制[J]. , 2018, 39(8): 3077-3086.
[13] 刘 洋,李 爽. 散粒介质临界状态细观力学结构特征的数值模拟与分析[J]. , 2018, 39(6): 2237-248.
[14] 陈世杰,马 巍,李国玉,刘恩龙,张 革,. 与医用CT配合使用的冻土三轴仪的研制与应用[J]. , 2017, 38(S2): 359-367.
[15] 陈 立,张 朋,郑 宏,. 土石混合体二维细观结构模型的建立与数值流形法模拟[J]. , 2017, 38(8): 2402-2410.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 李英勇,张顶立,张宏博,宋修广. 边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究[J]. , 2010, 31(1): 144 -150 .
[2] 张永兴,卢 黎,饶枭宇,李 剑. 压力型锚杆力学性能模型试验研究[J]. , 2010, 31(7): 2045 -2050 .
[3] 孔祥兴,夏才初,仇玉良,张丽英,龚建伍. 平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究[J]. , 2011, 32(2): 516 -524 .
[4] 王振红,朱岳明,武圈怀,张宇惠. 混凝土热学参数试验与反分析研究[J]. , 2009, 30(6): 1821 -1825 .
[5] 江学良 ,杨 慧 ,曹 平. 基于SURPAC模型的采空区与露采边坡相互影响的FLAC3D分析[J]. , 2011, 32(4): 1234 -1240 .
[6] 陈立文,孙德安. 不同应力路径下水土耦合超固结黏土分叉分析[J]. , 2011, 32(10): 2922 -2928 .
[7] 郑 刚 张立明 刁 钰. 开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析[J]. , 2011, 32(10): 3089 -3096 .
[8] 王松鹤,齐吉琳. 高温冻土松弛特性试验研究[J]. , 2012, 33(6): 1660 -1666 .
[9] 魏 纲 ,洪 杰 ,魏新江 . 双圆盾构隧道施工对平行既有隧道的影响分析[J]. , 2012, 33(S2): 98 -104 .
[10] 凌璐璐 ,许雅琴 ,王永胜 ,张可霓 . 数值模拟在CO2地质封存示范项目中的应用[J]. , 2013, 34(7): 2017 -2022 .