岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (7): 2095-2105.doi: 10.16285/j.rsm.2024.1203CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.1203

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

钙质砂颗粒破碎特性及破碎演化模型三轴试验研究

陈嘉瑞1,樊宝云1,叶剑红2,张春顺1   

  1. 1.武汉大学 土木建筑工程学院,湖北,武汉 430072;2.中国科学院武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2024-09-29 接受日期:2025-04-28 出版日期:2025-07-10 发布日期:2025-07-08
  • 通讯作者: 张春顺,男,1983年生,博士,教授,博士生导师,主要从事颗粒材料力学特性、岩石力学与工程等方面的教学和科研工作。E-mail: Chunshun.Zhang@whu.edu.cn
  • 作者简介:陈嘉瑞,男,1997年生,博士研究生,主要从事钙质砂力学、破碎特性和本构关系的研究工作。E-mail: chenjiarui@whu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(No.52278367),中央高校基本科研业务费专项资金(No.2042024kf0032)

Particle breakage and its evolution model of calcareous sand through triaxial tests

CHEN Jia-rui1, FAN Bao-yun1, YE Jian-hong2, ZHANG Chun-shun1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China. 2. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China.
  • Received:2024-09-29 Accepted:2025-04-28 Online:2025-07-10 Published:2025-07-08
  • Supported by:
    This work was supported by the General Project of National Natural Science Foundation of China (52278367) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2042024kf0032).

摘要: 大量试验研究表明,颗粒破碎会改变钙质砂的粒径分布曲线,并影响其力学特性。因此,探究钙质砂的颗粒破碎特性并建立相应的破碎演化模型至关重要。首先,开展了一系列等压固结试验和三轴压缩试验,系统探究了加载路径、围压以及轴向应变对钙质砂颗粒破碎的影响规律。其次,通过分析颗粒破碎和平均有效应力以及应力比之间的内在联系,在一个统一的框架下合理地量化了上述因素对颗粒破碎的影响。最后,基于上述工作以及结合Hardin模型的特点和不足,提出了全新的破碎演化模型,并推导了破碎等势面。该模型仅包含3个参数,易于标定且物理意义明确。此外,该模型的有效性和合理性也在钙质砂以及其他可破碎岩土材料的三轴试验结果中得到了详细的验证。

关键词: 钙质砂, 三轴试验, 颗粒破碎演化, 加载路径, 破碎等势

Abstract: Numerous experimental studies indicate that particle breakage alters the grain size distribution curve of calcareous sand, thereby affecting its mechanical behaviors. Consequently, investigating the particle breakage characteristics of calcareous sand and establishing a corresponding breakage evolution model are of critical importance. First, a series of isotropic consolidation and triaxial compression tests were conducted under various loading paths, confining pressures, and axial strains to systematically explore the influence of these factors on particle breakage in calcareous sand. Next, the intrinsic relationships among particle breakage, mean effective stress, and stress ratio were analyzed to quantitatively assess their combined influence on particle breakage within a unified theoretical framework. Finally, a novel particle breakage evolution model was proposed by integrating the experimental findings with an analysis of the Hardin model’s strengths and limitations. The model includes the derivation of the breakage equipotential surface. The model comprises only three parameters, facilitating straightforward calibration and ensuring clear physical interpretations. Furthermore, the model's validity and robustness were rigorously validated through triaxial tests on calcareous sand and other crushable granular materials.

Key words: calcareous sand, triaxial test, particle breakage evolution, loading path, breakage contour

中图分类号: TU 411
[1] 董林, 陈强, 夏坤, 李彦苍, 李燕, 王晓磊. 细粒土黏性对液化与循环软化特性影响研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 228-237.
[2] 黄德昕, 温韬, 陈宁生, . 考虑能量演化的岩石残余强度确定方法[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2825-2836.
[3] 沈扬, 沈嘉毅, 梁晖, 樊科伟. 基于3D打印技术的仿真钙质砂三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2353-2362.
[4] 徐卫卫, 谢遵党, 傅中志, 米占宽, . 粗粒土真三轴试验南水模型研究及工程应用[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2559-2572.
[5] 胡丰慧, 方祥位, 申春妮, 王春艳, 邵生俊, . 真三轴条件下珊瑚砂颗粒破碎、强度和剪胀性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(7): 2147-2159.
[6] 祁凯, 万志辉, 戴国亮, 胡涛, 周峰, 张鹏, . 基于不同注浆材料固化钙质砂的力学性能试验及微观机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1825-1838.
[7] 张涛艺, 王家全, 林志南, 唐毅, . 细粒含量对砾性土路基劣化及静力剪切特性影响[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1141-1152.
[8] 王梦洁, 张莎莎, 杨晓华, 张超, 晏长根, . 循环荷载作用下漫灌区粉质黏土的动力特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1215-1227.
[9] 王滢, 刘嘉怡, 高盟, 孔祥霄, . 地震作用下深海含气能源土动力特性试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 457-466.
[10] 王泽驰, 邵帅, 邵生俊, 吴昊, 张彬, 张少英. 真三轴力-水路径下原状黄土增湿变形特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3451-3461.
[11] 邵国建, 毛泽辉, 苏宇宸, 焦泓程, 吕亚茹. 钙质砂透射系数探究:波形耦合作用及梯度提升预测方法[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3661-3672.
[12] 蒋剑青, 罗敏华, 胡诗红, 柳志灏, . 断续节理产状对砂岩破坏特征影响的真三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3077-3092.
[13] 屈俊童, 王文彬, 屈林河, . 基于二元介质简化模型的滇池湖相沉积典型冻结泥炭质土力学特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 233-243.
[14] 李宗恩, 刘星炎, 郑青松, 胡琪, 潘乾通, . 连通率对不同倾角结构面岩样力学特性影响研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 244-256.
[15] 肖思奇, 黄科锋, 周红波, . 基于动三轴试验的软黏土软化系数的分析与预测[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 133-146.
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