颗粒形状和中主应力影响钙质砂临界状态特性的离散元分析

作     者：朱婕 刘鑫 曹冬 史旦达 

作者机构：上海海事大学海洋科学与工程学院 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主　　题：颗粒形状 中主应力 颗粒破碎 临界状态 离散元分析 

摘      要：钙质砂临界状态力学特性对其工程性能有着显著影响。作为南海岛礁吹填造陆工程的重要材料，钙质砂土体在天然状态下通常处于3维应力状态，存在明显的中主应力效应。因钙质砂颗粒易破碎，形态各异，对其宏细观临界状态力学特性有着显著影响。为深入研究3维应力状态下颗粒形状对钙质砂临界状态特性的影响，在PFC3D中采用碎片替换法构建颗粒破碎模型，开展了一系列真三轴排水剪切模拟，重点分析了颗粒形状和中主应力对数值试样临界状态特性的影响。研究发现，随着颗粒棱角度的增加，试样峰值强度随之增加，达到临界状态时的体积膨胀量也更加显著，q-p空间内临界状态线的斜率和e-p空间内临界状态线的截距也随之增加。随着中主应力系数b的增加，试样峰值强度和临界状态体积膨胀量均逐渐降低，e-p空间内临界状态线的截距随着b值的增加，呈现先减少后增加的趋势。在细观上，当试样达到临界状态时，随着颗粒棱角度的增加，颗粒体系的平均配位数逐渐减小而接触法向力各向异性逐渐增强，冗余比、孔隙比、平均主应力三者之间呈现良好的线性相关性，在3维空间内逐渐上移。随着b值的增加，试样法向接触力各向异性系数逐渐减小，而试样平均配位数逐渐增大。