【摘 要】
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石英砂作为地基材料时通常位于地下一定深度承受较大应力,此时石英砂材料常常出现颗粒破碎,影响石英砂的力学和变形特性,对工程结构的设计具有重要的影响。现阶段对颗粒破碎的研究主要通过实验室试验和数值模拟两种方法,其中数值模拟颗粒破碎主要有两种模型,分别为颗粒粘结模型和碎片替代模型,两种模型都能部分的反应出试样在颗粒破碎的影响下变形特征和强度特性的变化趋势。同时砂土的临界状态的研究对各种建筑的地基安全十分
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石英砂作为地基材料时通常位于地下一定深度承受较大应力,此时石英砂材料常常出现颗粒破碎,影响石英砂的力学和变形特性,对工程结构的设计具有重要的影响。现阶段对颗粒破碎的研究主要通过实验室试验和数值模拟两种方法,其中数值模拟颗粒破碎主要有两种模型,分别为颗粒粘结模型和碎片替代模型,两种模型都能部分的反应出试样在颗粒破碎的影响下变形特征和强度特性的变化趋势。同时砂土的临界状态的研究对各种建筑的地基安全十分主要,但现行数值模拟方法中的碎片替代法中,随着颗粒破碎的发生,试样的体积会因为算法的问题而消减,导致测得的孔隙比不够精确,针对上述问题本文的主要研究内容和结论如下:（1）通过对现阶段利用颗粒流软件进行的考虑颗粒破碎的模拟方法进行创新性改进。针对碎片替代法中在替换过程中的颗粒体积的损失,利用相同体积的小颗粒替换发生破碎的颗粒。对于等体积的较小半径的圆形颗粒,若要其在原颗粒的位置中生成,势必会和周围未破碎的颗粒产生大量的重叠,在试样的内部人为的引入大的接触力,为了消除这种不合理的重叠,文章使用颗粒流软件自身的接触准则,在不影响三轴加载过程的前提下,使不合理重叠消散,同时将新生成颗粒放入正在加载中的三轴试样,使用原创的模型克服了现有碎片替代法中因算法造成的试样体积消减或者人文的引入应力的问题。（2）利用改进的等体积替代的碎片替代法,通过对赫兹接触模型中的赫兹模量、摩擦系数、泊松比三个参数对模拟试样的强度特征和变形特征的影响,在不同的赫兹模量（赫兹模量分别为:5.5e5、9e5、13e9）下进行3组模拟试验,在不同的摩擦系数（摩擦系数分别为:0.4、0.6、0.9）下,进行3组模拟试验,在不同的泊松比（泊松比分别为:0.01、0.1、0.2）进行3组模拟试验。最终确定赫兹模量、摩擦系数、泊松比对试样的偏应力、体变、破碎指标Br值的影响。进一步与实验室结果对比调整参数,确定模型的参数。（3）利用室内实验数据标定得到的数据,设计试样在多个孔隙比（孔隙比分别为:0.70、0.75、0.80、0.85）,多个围压（0.5MPa、1.0MPa、2.0MPa、3,.0MPa）同时控制试样在加载过程中是否可以破碎总共进行32组试验。探究颗粒破碎对试样的强度特征和变形特征,以及试样的各相异性发展规律。同时从微观上颗粒之间接触的数目以及平均接触力大小的角度解释试样剪缩软化和剪胀硬化的现象。（4）利用颗粒流软软件可以在加载过程中的任一时刻对试样的每一个及每一个颗粒的位置位移等微观状态进行观察,分析试样在不同轴变情况下力链以及破碎颗粒的位置分布情况,结合试样宏观强度特性,分析在颗粒破碎的影响下试样的微观状态,从微观角度解释宏观特性。同时利用本方法过程中不会损失颗粒体积的特性,可以得出在考虑颗粒破碎时模型得到的孔隙比相关数据较接近真实情况,进一不分析与孔隙比相关的变形特征及试样的临界状态线的变化。
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