岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 915-922.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0249

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于应变响应包络的颗粒材料增量力学行为研究

吴祁新,杨仲轩   

  1. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310058
  • 收稿日期:2019-01-28 修回日期:2019-07-29 出版日期:2020-03-11 发布日期:2020-05-26
  • 通讯作者: 杨仲轩,男,1975年生,博士,教授,主要从事土的本构、细微观力学、海洋桩基工程方面的研究。E-mail: zxyang@zju.edu.cn E-mail:qixin931227@zju.edu.cn
  • 作者简介:吴祁新,男,1993年生,博士研究生,主要从事土的基本特性及离散元数值模拟的工作。
  • 基金资助:
    国家杰出青年基金项目(No.51825803);国家自然科学基金项目(No.51578499)。

Incremental behavior of granular soils: a strain response envelope perspective

WU Qi-xin, YANG Zhong-xuan   

  1. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China
  • Received:2019-01-28 Revised:2019-07-29 Online:2020-03-11 Published:2020-05-26
  • Supported by:
    This work was supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars (51825803) and the National Natural Science Foundation of China (51578499).

摘要: 砂土的力学响应具有显著的增量非线性特征,这与离散颗粒的微观结构,即组构特性密不可分。采用应变响应包络可以较好地获得材料在不同加载方向上的增量力学响应。在物理试验中无法同时获得同一试样在不同加载方向下的宏、微观响应,故采用离散元方法,对具有不同应力历史、不同应力状态和不同级配的试样在Rendulic平面上的增量力学响应进行了系统研究和分析。离散元模拟结果表明,传统的塑性理论不能很好地描述具有复杂应力历史试样的增量力学响应,而基于颗粒间接触法向的组构增量与剪应变之间在多种不同的工况条件下均具有较强的线性相关性。当砂土的相对密实度相同时,该线性系数主要与围压的大小有关,对颗粒级配、应力历史以及应力比的变化均不敏感。由于组构的大小可以较好地量化砂土的内结构各向异性程度,进而表征应力历史的作用。上述模拟结果为在本构建模中引入组构演化机制,综合反映外荷载和内结构各向异性对砂土增量本构关系的影响提供了较好的微观物理依据。

关键词: 离散元, 颗粒材料, 应变响应包络, 弹塑性理论, 组构演化

Abstract: The mechanical behavior of granular materials is characterized by strong nonlinearity, which is known to be directly linked to the details of the underlying microstructure of contacts, or fabric. The incremental behavior in different loading directions can be obtained by performing a series of axisymmetric stress probing on the specimens. Since the macro- and micro-scale response in different loading directions cannot be obtained experimentally on the very same specimen, discrete element method is employed in the present study, and the stress probing tests on the Rendulic plane are carried out on the specimens of different stress histories, stress states and particle size distributions (PSD). Simulation results indicate that the classic plasticity theories are unable to describe all the observed features when the specimens have different stress histories. However, a linear correlation between the deviatoric strain and the deviatoric part of the contact-normal-based fabric can be obtained. For the specimens with the same relative density, only confining pressure is found to have a significant effect on the linear factor while the linear factor seems to be insensitive to the variation of the stress ratio, stress history and PSD. Since the anisotropy of sand and therefore the impact of stress histories can be characterized by the deviatoric part of the fabric tensor, these observations would provide the necessary micro-scale physical basis for the development of elasto-plastic incremental constitutive relations of granular soils.

Key words: discrete element method, granular materials, strain response envelope, elasto-plastic theory, fabric evolution

中图分类号: TU441
[1] 喻昭晟, 陈晓斌, 周雨晴, 吕鑫龙, . 红层软岩崩解面释放率与崩解特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 285-296.
[2] 孙志亮, 邵敏, 王叶晨梓, 刘忠, 任伟中, 柏巍, 李朋, . 管道破损诱发地面沉降细观模拟与影响因素分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 507-518.
[3] 苗日成, 唐贝, 祁飞, 江志安, 崔溦, . 随机裂隙岩体滚刀破岩过程离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 541-552.
[4] 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.
[5] 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.
[6] 高品红, 高晨博, 彭成威, 刘飞禹, . 降雨作用下花岗岩残积土边坡模型试验及离散元分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(5): 1632-1642.
[7] 杨艳霜, 闫磊, 张占荣, 刘永莉, 崔臻, 彭剑承, 亢兆鹏, . 基于三相孔隙介质模型的地震动传播特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1109-1121.
[8] 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.
[9] 常建梅, 田世龙, 李翔, 冯怀平, KUVANDIK Lesov, . 不同形状废旧轮胎橡胶颗粒改良道砟动剪切性能及细观作用研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 721-728.
[10] 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.
[11] 卢正, 李梦威, 唐楚轩, 胡智, 赵阳, 则志辉, 姚海林, . 考虑不同级配影响的填石路基压实质量评价研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3346-3354.
[12] 杨松, 王俊光, 韦忠跟, 辛天宇, 梁冰, 王立轩, 任凌冉. 衰减振荡扰动下砂岩蠕变特性与模型初探[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3485-3500.
[13] 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.
[14] 张杰, 聂如松, 黄茂桐, 谭永长, 李亚峰, . 道砟嵌入路基土三轴试验及离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1720-1730.
[15] 张贝, 李文阳, 毕研栋, 黄雨, . 离心-科氏复合条件下体积对滑坡碎屑流流动性的影响研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1560-1569.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!