胶结型含可燃冰砂土剪切特性的离散元模拟

摘要

可燃冰是一种新型清洁能源,广泛分布于深海土体和常年冻土中,对其开采需要深入认识含可燃冰土体的力学特性。该文提出了一种胶结型含可燃冰砂土离散元模型建立方法,并利用该模型完成了排水双轴剪切试验的模拟。通过与前人试验数据对比,验证了该离散元模型的准确性,结合该模型分析了剪切过程中含可燃冰砂土的宏细观变化规律。结果表明:砂土抗剪强度、应变软化特性及剪胀性均随可燃冰饱和度的增加而增加;可燃冰胶结断裂数量的演化与偏应力紧密相关,偏应力达到峰值时胶结断裂数量增长速率最快;剪切过程中剪切带内外土体的胶结断裂、颗粒运动、孔隙率变化均表现出明显的差异。通过对模型粘结断裂率、剪切带内外局部孔隙率等细观指标的分析,对土体的偏应力变化、体积变化等宏观现象的机理做出了更进一步的阐释。