岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (12): 3779-3790.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0210
金磊1,叶阳2,王宇1, 3,李晶晶1
JIN Lei1, YE Yang2, WANG Yu1, 3, LI Jing-jing1
摘要: 颗粒间的抗转动对散粒介质的力学特性有重要影响,但目前对其内在机制的认识还不够充分。采用三维离散单元法模拟了散粒介质三轴固结排水剪切试验,分别给出了宏观、微观和细观3个尺度的模拟结果并进行了关联分析,揭示了密实散粒介质荷载传递和变形发展的过程,并探究了抗转动对散粒介质力学行为影响的内在机制。结果表明:在应变硬化阶段,力学配位数降低,组构各向异性增大,成链颗粒数增加,力链变长,力链数减少,平均法向接触力增大,小颗粒簇的数量和体积占比均减小而大颗粒簇的数量和体积占比均增加,故试样在初始弹性压密后即发生剪胀;当三轴剪切荷载增加到一定程度时,力链中颗粒间接触力很大,而力链周围的大颗粒簇体积占比已较高,此时部分力链将发生屈曲或坍塌,组构各向异性降低,成链颗粒数开始减少,力链长度变短,宏观上对应了应变软化;在应变硬化阶段,颗粒间较大的抗转力矩能有效抑制力链中颗粒之间的相对转动且减弱了力链周边大颗粒簇的可变形性,这使得力链的稳定性大大提高,故能有效提高散粒介质的抗剪强度;在应变软化阶段,由于抗转动使得颗粒位置不易及时调整,试样变形将主要集中于力链屈曲或坍塌的局部区域,这些区域内颗粒转动越来越大,且易形成更大的颗粒簇,故此时试样的软化和剪胀更显著,并产生了明显的剪切带。该研究加深了对散粒介质复杂力学行为的认识和理解,且可为散粒介质多尺度本构理论研究提供一定的启发。
中图分类号: TU431| [1] | 孙闯, 蒲云波, 敖云鹤, 陶琦, . 冻融饱水裂隙砂岩力学特性及细观破裂演化特征研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2339-2352. |
| [2] | 劳国峰, 阳军生, 谢亦朋, 汤冲, 许志鹏, . 基于骨架结构指标的连续级配颗粒土峰值抗剪强度模型研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2459-2470. |
| [3] | 金磊, 李晶晶, 李新明, 孙翰卿, . 柔性边界的有限差分法−离散元法模拟及其对砂土三轴固结排水和不排水剪切特性的影响[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 980-990. |
| [4] | 姚嘉楠, 徐长节, 迟民良, 王艳萍, 习跃来, 王伟锋, 冯国辉, 孙佳政, . RBT模式下刚性挡墙非极限主动土压力的离散元模拟及理论研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 640-652. |
| [5] | 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. |
| [6] | 骆祚森, 朱作祥, 苏卿, 李建林, 邓华锋, 杨超, . 基于平行黏结模型的水-岩作用下砂岩蠕变模拟及损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2445-2457. |
| [7] | 杜炜, 聂如松, 李列列, 谭永长, 张杰, 祁延录, . 考虑不同边界条件的风积沙−土工格栅拉拔试验离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1849-1862. |
| [8] | 杨阳, 田英辉, 张春会, 王荣, 王智超, 王乐, . 砂土海床中海底管道贯入阻力演化特征及细观机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1001-1008. |
| [9] | 刘飞禹, 李昊泽, 符军, 孙宏磊, . 橡胶砂级配对混合土体剪切特性影响研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 663-672. |
| [10] | 王思远, 蒋明镜, 李承超, 张旭东, . 三轴剪切条件下胶结型深海能源土应变局部化离散元模拟分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3307-3317. |
| [11] | 杨磊, 涂冬媚, 朱启银, 吴则祥, 余闯, . 考虑变温幅值影响的颗粒循环热 固结离散元法试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 591-600. |
| [12] | 申浩翰, 张海, 范俊锴, 徐瑞阳, 张小明. 离散单元法软件EDEM中接触半径对岩石 力学特性的影响及其应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 580-590. |
| [13] | 刘彪, 王桥, 张宗亮, 周伟, FENG Y T, 彭张振, 李蕴升, 徐俊, 郭凯, . 基于B-DEM的颗粒聚合体应力计算和破碎路径模拟[J]. 岩土力学, 2022, 43(12): 3493-3502. |
| [14] | 董磊, 张华, 吕继双, 石瑞敏, . 基于力链的岩石单齿截割特性研究及截割力预测[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 3036-3046. |
| [15] | 展亚太, 王金安, 李飞, 杨柳, . 断层破碎带剪切作用下力链结构及演化 光弹试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2627-2635. |
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