岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (4): 1431-1442.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0484CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0484
蒋明镜1,杨越群1,王思远2
JIANG Ming-jing1, YANG Yue-qun1, WANG Si-yuan2
摘要: 甲烷水合物沉积物(能源土)在开采过程中力学特性弱化可能引发海底滑坡,然而其渐进破坏机制研究相对匮乏。采用离散单元法模拟胶结型能源砂土的直接剪切试验,探究不同竖向应力与饱和度条件下能源砂土试样的峰值强度、结构屈服强度和残余强度变化规律和不同水合物饱和度能源砂土的剪切带演化规律,并尝试建立试样剪切损伤过程中的宏微观参数关联。结果表明:(1)数值模拟方法能有效表征能源砂土的宏观力学响应特征,其峰值强度、残余强度和结构屈服强度均与水合物饱和度呈正相关,且水合物胶结的存在导致其峰值强度包线呈显著的非线性。(2)能源砂土力学性能与水合物胶结紧密相关,竖向应力 σv =1 MPa时,水合物胶结扮演着抵抗外部应力的主要角色,峰值应力后,水合物胶结大量破坏,颗粒间摩擦接触作用抵抗外部应力占比增加; σv=10 MPa时,砂土颗粒承担了主要荷载,水合物胶结影响降低,试样整体更加密实。(3)试样宏微观参量与剪切带形成和发展密切相关,竖向应力较低时,水合物饱和度越高,剪切带内胶结破坏越集中,其形成伴随着大量胶结破坏;带内颗粒纯转动率与孔隙比显著高于带外,而力学配位数与残余胶结率更低。而在高竖向应力条件下,水合物胶结严重破坏,试样表现出明显的减缩特征。
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