›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (10): 2996-3006.doi: 10.16285/j.rsm.2015.10.034

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基于颗粒抗转动模型的刚性挡墙被动土压力临界状态离散元分析

蒋明镜1, 2, 3,贺 洁1, 2, 3   

  1. 1.同济大学 土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092;2.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092; 3.同济大学 土木工程学院地下建筑与工程系,上海 200092
  • 收稿日期:2015-04-09 出版日期:2015-10-10 发布日期:2018-06-13
  • 作者简介:蒋明镜,男,1965年生,博士,教授,博士生导师,同济大学特聘教授,日本学术振兴会(JSPS)外籍研究员,加拿大和英国两站岩土工程出站博士后,主要从事天然结构性黏土、砂土、非饱和土的宏、微观试验、本构模型和数值分析方面的研究以及土体渐进破坏分析,并从事相关的教学工作。
  • 基金资助:
    国家杰出青年科学基金项目(No. 51025932);国家自然科学基金项目(No. 51179128);土木工程防灾国家重点实验室基金项目(No. SLDRCE14- A-04)。

A distinct element analysis of critical state passive earth pressure against a rigid wall using a rolling resistance contact model

JIANG Ming-jing1, 2, 3, HE Jie1, 2, 3   

  1. 1. State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. Department of Geotechnical Engineering, College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
  • Received:2015-04-09 Online:2015-10-10 Published:2018-06-13

摘要: 简要介绍了颗粒抗转动模型,并将其引入离散元程序中,通过建立挡墙地基模型和合理选取模型参数,分别考虑了地基填土不同密实度和挡墙不同位移模式(被动T模式、RB模式、RT模式)情况下,刚性挡墙被动土压力随挡墙位移增长发展到达临界状态时,土压力系数 随位移发展的变化规律及墙后填土剪切带的形成规律,并与其他学者的研究成果进行对比分析。研究结果表明,土压力系数 随着挡墙位移增长的变化规律与填土的孔隙比(或相对密实度)和挡墙的位移模式紧密相关。随着孔隙比的减小或相对密实度的增大,土压力系数 会逐渐由位移硬化特性过渡为位移软化特性。尽管中密试样在双轴压缩试验中呈现出应变软化特性,而中密样的土压力系数 随着挡墙平动位移的增长可能呈现出位移软化特性,也可能呈现位移硬化特性。随着刚性挡墙向墙后土体推移,试样中的剪应变随之增大,并会在墙后形成应变局部化,即剪切带的出现。与室内试验剪应变云图相似,离散元较好地模拟了土压力临界状态时剪切带分布规律。同时,墙后土体表面不再是光滑的平面,而是逐渐隆起的凹凸面;随着挡墙位移增长,土体表面隆起量越来越大,直至土体破坏。

关键词: 离散单元法, 被动土压力, 颗粒抗转动, 临界状态, 孔隙比, 位移模式

Abstract: A contact model considering rolling resistance is introduced and implemented into the distinct element method (DEM) for analyzing the earth pressure at critical state against a rigid wall. The variation of earth pressure coefficient and the shear band formation in the backfill material are analyzed, when the passive earth pressure varies with displacement for the retaining wall with different densities and different displacement modes (passive T mode, RB mode, RT mode). The DEM simulation results are compared with those of other researches. It is shown that earth pressure coefficient is greatly affected by different void ratios and wall displacement modes. The -displacement relation switches from hardening to softening when the void ratio decreases or the relative density increases. In contrast, the -displacement relation demonstrates either hardening or softening feature for the medium dense backfills even they exhibit a strain softening response in the biaxial compression tests. As the retaining wall moves to soil behind the wall, the shear strain increases and the strain localization occurs, i.e. shear band forms in the soil behind the wall. Similar to the shear strain field from laboratory experiment, the distributions of the shear band in the critical state are better simulated by DEM. Meanwhile, the surface of the backfill is no long a smooth surface rather than an upheaval surface, the value of upheaval increases significantly with the increase of the displacements of retaining wall, and finally the soil body behind the wall damages.

Key words: distinct element method (DEM), passive earth pressure, rolling resistance, critical state, void ratio, displacement modes

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[1] 王龙, 朱俊高, 郭万里, 陆阳洋, . 无黏性土压缩模型及其验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 229-234.
[2] 旷杜敏, 龙志林, 周益春, 闫超萍, 陈佳敏, . 基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感 效应预测研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 390-399.
[3] 张凌凯, 王睿, 张建民, 唐新军, . 考虑颗粒破碎效应的堆石料静动力本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2547-2554.
[4] 刘孟适, 罗 强, 蒋良潍, 陆清元, 梁多伟, . 粗粒土渗透试验边壁孔隙特征及 处理层最优厚度研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1787-1796.
[5] 朱雨萌, 吴 琪, 陈国兴, . 基于颗粒接触状态理论的砂-粉混合料 剪切波速试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1457-1464.
[6] 邵生俊, 陈 菲, 邓国华, . 基于平面应变统一强度公式的结构性黄土填料 挡墙地震被动土压力研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1255-1262.
[7] 王丽琴, 邵生俊, 王 帅, 赵 聪, 石鹏鑫, 周 彪, . 原状黄土的压缩曲线特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1076-1084.
[8] 张成功, 尹振宇, 吴则祥, 金银富, . 颗粒形状对粒状材料圆柱塌落影响的 三维离散元模拟 [J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1197-1203.
[9] 郭万里, 蔡正银, 武颖利, 黄英豪. 粗粒土的颗粒破碎耗能及剪胀方程研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4703-4710.
[10] 刘钢, 陆瑞, 赵明志, 罗强, 吕超, . 基于椭球模型的圆砾堆积特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4371-4379.
[11] 田雨, 姚仰平, 路德春, 杜修力, . 基于修正应力法的横观各向同性摩尔-库仑 准则及被动土压力公式[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3945-3950.
[12] 景 路, 郭颂怡, 赵 涛, . 基于流体动力学-离散单元耦合算法的 海底滑坡动力学分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 388-394.
[13] 郭林坪,孔令伟,徐 超,杨爱武,. 厦门花岗岩残积土物理力学指标关联性定量表征初探[J]. , 2018, 39(S1): 175-180.
[14] 孙逸飞,沈 扬,刘汉龙,. 粗粒土的分数阶应变率及其与分形维度的关系[J]. , 2018, 39(S1): 297-302.
[15] 王海波,吴 琪,杨 平,. 细粒含量对饱和砂类土液化强度的影响[J]. , 2018, 39(8): 2771-2779.
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[1] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[2] 张宜虎,周火明,邬爱清. 结构面网络模拟结果后处理研究[J]. , 2009, 30(9): 2855 -2861 .
[3] 闻世强,陈育民,丁选明,左威龙. 路堤下浆固碎石桩复合地基现场试验研究[J]. , 2010, 31(5): 1559 -1563 .
[4] 张常光,张庆贺,赵均海. 非饱和土抗剪强度及土压力统一解[J]. , 2010, 31(6): 1871 -1876 .
[5] 杨天鸿,陈仕阔,朱万成,刘洪磊,霍中刚,姜文忠. 煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究[J]. , 2010, 31(7): 2247 -2252 .
[6] 郝冬雪,陈 榕,栾茂田,武科. SBPT测定饱和黏土不排水强度的数值分析[J]. , 2010, 31(7): 2324 -2328 .
[7] 胡秀宏,伍法权. 岩体结构面间距的双参数负指数分布研究[J]. , 2009, 30(8): 2353 -2358 .
[8] 李卫超,熊巨华,杨 敏. 分层土中水泥土围护结构抗倾覆验算方法的改进[J]. , 2011, 32(8): 2435 -2440 .
[9] 张桂民 ,李银平 ,施锡林 ,杨春和 ,王李娟. 一种交互层状岩体模型材料制备方法及初步试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 284 -289 .
[10] 范书立 ,陈健云 ,张俊清. 波浪荷载作用下斜向抗拔桩的承载特性分析[J]. , 2012, 33(1): 301 -306 .