土石混合体大型三轴剪切力学特性的颗粒级配效应

作     者：张超 俞缙 朱东平 龚晶汉 李哲涵 

作者机构：湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室 华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心 中铁五局集团有限公司 中南大学土木工程学院 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42077254) 中国博士后科学基金资助项目(2023MD744275) 岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室开放基金(E22308) 

主　　题：路基工程 土石混合体 大型三轴试验 级配效应 本构模型 

摘      要：土石混合体作为特殊的岩土材料日益受到重视，合理设定级配参数(不均匀系数Cu和曲率系数Cc)对保障高填路堤安全至关重要。为了研究土石混合体剪切力学特性的颗粒级配效应，首先制备A组(Cc定值，Cu变化)和B组(Cu定值，Cc变化)土石混合填料，开展了大型三轴压缩试验，分析级配参数对土石混合体偏应力强度σf、初始变形模量Ei、黏聚力c及内摩擦角φ的影响；然后结合Janbu经验公式探讨参数K、n和极限偏应力强度(σ1-σ3)ult分别与级配参数之间的关系，提出考虑级配特征和应力状态影响的邓肯-张模型参数确定方法，建立改进邓肯-张模型；最后探讨级配参数对土石混合体粒组结构及其空间分布特征的影响，提出3种基质-块石运动概化模型。结果表明：σf-Cu关系曲线呈单峰型，峰值后强度降幅随围压的增大而增大，σf-Cc关系曲线呈似线性增大，但随围压的增大逐渐转为凸型非线性增大；Ei-Cu关系曲线呈峰谷交错型，但随围压的增大逐渐转为单峰型，Ei-Cc关系曲线呈似线性增大，其曲线平均变化率随围压的增大而增大；c-Cu关系曲线初期保持水平但随后递增，c-Cc关系曲线呈单谷型且在Cc=1.74时取得最小值；φ-Cu关系曲线呈单峰型且在Cu=10.0时取得峰值，φ-Cc关系曲线呈凸型非线性且在Cc=1.74处曲率最大。改进邓肯-张模型能够有效预测考虑级配特征和应力状态影响的土石混合体大型三轴剪切变形破坏过程。基质-块石运动概化模型能够有效阐释密实-骨架结构特征变化引起的土石混合体大型三轴剪切力学特性。