不同应力路径及颗粒级配下青岛海砂力学性质试验及PFC数值模拟研究

摘要

砂土等岩土类材料主要由大量的颗粒物质所组成，在微观上颗粒形状、大小、位置随机分布的不均匀性，反映在宏观上则表现出压硬性，剪胀与各向异性等力学性质。对于砂土的力学性质的研究方面尽管许多学者已经做了大量的研究，但从宏细观结合探研不同应力路径与颗粒级配下砂土的宏观力学特性与细观变形机理的研究还不多。本文采用室内试验和数值模拟相结合的手段，首先对不同应力路径下青岛海砂进行室内三轴试验，然后采用PFC2D数值模拟验证并提取其中的细观信息，从细观上对砂土的力学性质变化规律做出了解释，并进一步拓展到循环加载路径下的数值试验。本文开展的主要工作有:
　　 1、论述和分析国内外关于砂土在不同应力路径下力学性能的研究现状;综述国内外关于PFC数值模拟的研究现状。系统介绍颗粒流方法产生的背景和PFC2D运用的相关理论。
　　 2、设计青岛海砂在不同应力路径下的物理试验。通过室内试验，利用GDS三轴试验系统，得到青岛海砂的应力-应变曲线，分析青岛海砂在不同应力路径下力学响应的细观机理。
　　 3、运用PFC2D数值模拟软件，对物理试验进行对比验证。同时提取物理试验中得不到的细观信息，如颗粒配位数、自转速度、颗粒位移等，定量的解释砂土在不同路径下力学响应的细观机理。
　　 4、进行不同颗粒级配和循环加载路径下砂土力学性质的PFC数值试验，从细观角度分析砂土在该路径下的力学性能。