颗粒破碎对岩土体宏观力学性能影响的细观机理分析

摘要

采用离散元法建立了岩土颗粒的刚性簇与柔性簇的三轴试验数值模型,分析了两种颗粒模型在加载过程中的宏观力学响应规律,通过对颗粒配位数、孔隙率、颗粒旋转及能量变化的分析,从细观角度对岩土颗粒破碎的机理进行探讨.结果表明,柔性簇颗粒模型在加载破碎后,试样的体积缩小明显,颗粒更容易发生旋转,且颗粒破碎生成的动能、耗散的阻尼能均比颗粒未破碎时大.研究对比发现刚性簇颗粒没有体力能的消耗,这表明颗粒破碎是一个细观变化过程,破碎的颗粒运动更剧烈,产生能量更多,更容易填充试样内部孔隙;相比于刚性簇颗粒,柔性簇颗粒的配位数更低,试样强度较不破碎时更低,说明颗粒破碎会影响岩土的宏观力学性能,增加土体自身受力的不确定性.