掺砾黏土细观结构数值模拟

作     者：闻玮 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：费康

授予年度：2015年

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

主      题：掺砾黏土 CT扫描 三维重建 数值模拟 

摘      要：掺砾黏土是一种粗、细颗粒混杂的复合体,属于被广泛应用的工程材料。其力学特性受到细观结构控制,为了较为精细地反映掺砾黏土的细观结构,揭示细观结构对其力学性状的影响,本文通过室内试验研究、细观结构图像分析、数值模拟,对掺砾黏土的力学特性、细观结构特征、力学性状的影响机理进行了研究。具体内容如下：（1）对掺砾黏土进行了室内试验研究,不同含砾量的掺砾黏土固结不排水三轴剪切试验结果表明：在低围压下,含砾量较低（0%-20%）时,掺砾黏土固结不排水强度随含砾量增大而略有下降,孔隙水压力随之提高,含砾量达到20%后,强度随含砾量增大而提高,孔隙水压力降低。在高围压下,掺砾黏土固结不排水强度随含砾量增大而提高,孔隙水压力总体呈下降趋势。随着含砾量增大掺砾黏土的有效摩擦角增大。（2）对掺砾黏土试样进行了CT扫描,研究表明：含砾量为20%时,砾粒在土中呈悬浮状态;当含砾量为40%、60%时,砾粒的空间分布紧密,砾粒之间的土体较其它黏土更为密实,这有助于力的传递,与砾粒共同形成传力骨架。掺砾黏土中的砾粒与黏土的接触面上普遍存在空隙。随着含砾量增大,掺砾黏土中空隙数量增多、体积增大。依据CT扫描的二维图像,进行了掺砾黏土的三维重建。（3）依据重建的三维模型,运用有限元计算软件ABAQUS,对掺砾黏土进行了细观结构的数值模拟,并对比不同围压下纯黏土与掺砾黏土的抗剪强度、孔隙水压力,通过数值模拟表明：在低围压下,混合土体中的砾粒为悬浮状态,其力学性能由黏土控制。在高围压下,粒问空隙在高固结压力过程中被压实,再加上黏土的硬化作用,围压越大粒间黏土越密实,骨架刚度越大,因此固结不排水强度随着含砾量的增大而提高。在低围压较下,含砾量较低时,远离砾粒的黏土有效应力下降,孔隙水压力随着含砾量增大而提升,在高围压下,远离砾粒的黏土也被挤压密实,随着含砾量增大,孔隙水压力降低。