李 燦 邱紅勝 張志華

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063)

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基于PFC3D的粗粒土三軸試驗(yàn)細(xì)觀參數(shù)敏感性分析*

李 燦 邱紅勝 張志華

(武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063)

以PFC3D為工具，以室內(nèi)三軸固結(jié)排水試驗(yàn)作為基礎(chǔ)，以加權(quán)平均數(shù)顆粒生成法建模.選擇孔隙度、配位數(shù)、kn/ks、顆粒粒徑分布、剪切速率和摩擦系數(shù)等細(xì)觀參數(shù)作為研究?jī)?nèi)容，以應(yīng)力應(yīng)變強(qiáng)度曲線為力學(xué)分析方法，以顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)為變形分析手段，將各細(xì)觀參數(shù)對(duì)粗粒強(qiáng)度的敏感性進(jìn)行排序，對(duì)粗粒土剪切破壞的影響程度進(jìn)行總結(jié)分析.研究表明，各細(xì)觀參數(shù)對(duì)粗粒土強(qiáng)度及變形都有一定的影響，其中kn/ks對(duì)粗粒土強(qiáng)度及變形影響最大，孔隙度和配位數(shù)的影響最小.

PFC3D；細(xì)觀參數(shù)；顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)

0 引 言

目前，試驗(yàn)及測(cè)試技術(shù)都無(wú)法獲取其細(xì)觀力學(xué)參數(shù)，無(wú)法很好揭示粗粒土宏觀力學(xué)特性的內(nèi)在作用機(jī)制.PFC作為離散元方法的一種，是細(xì)觀分析的主要手段之一[1]，近年來(lái)在巖土工程領(lǐng)域得到了初步運(yùn)用[2].粗粒土作為國(guó)內(nèi)外巖土工程中主要的應(yīng)用材料，運(yùn)用PFC研究其宏細(xì)觀力學(xué)特性的重要性是顯而易見(jiàn)的.在數(shù)值模擬研究中發(fā)現(xiàn)，細(xì)觀參數(shù)值的調(diào)整和標(biāo)定是擬合試驗(yàn)結(jié)果成功的關(guān)鍵步驟.因此，在對(duì)粗粒土進(jìn)行顆粒流數(shù)值模擬過(guò)程中，得出各細(xì)觀參數(shù)對(duì)粗粒土強(qiáng)度及破壞變形影響的敏感性排序具有重要意義.

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者運(yùn)用PFC對(duì)粗粒土細(xì)觀參數(shù)的研究很多，黃彥華等[3]分析圍壓以及巖橋傾角對(duì)斷續(xù)雙裂隙紅砂巖強(qiáng)度破壞特征的影響規(guī)律，揭示斷續(xù)雙裂隙紅砂巖在不同圍壓作用下裂紋擴(kuò)展的細(xì)觀力學(xué)響應(yīng)機(jī)制；叢宇等[4]結(jié)合大理巖室內(nèi)加、卸荷試驗(yàn)確定適用于巖石類材料的細(xì)觀參數(shù)；唐文帥[5]得出隨著顆粒最大粒徑的增大，粗砂應(yīng)力應(yīng)變曲線的類型沒(méi)有發(fā)生變化，初始楊氏模量變化不明顯，但是峰值強(qiáng)度卻隨之減??；陳亞?wèn)|等[6]提出了在三維離散元中與砂土的孔隙率、內(nèi)摩擦角及壓縮模量等宏觀力學(xué)參數(shù)相匹配的細(xì)觀參數(shù)確定方法，并給出了細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與宏觀力學(xué)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系.耿麗等[7]得出結(jié)論摩擦系數(shù)對(duì)材料的彈性性質(zhì)影響不大，只與峰值強(qiáng)度有關(guān)；Huang[8]研究了粘性顆粒材料細(xì)觀參數(shù)和宏觀參數(shù)之間的相似關(guān)系；Nardin等[9]根據(jù)自定義的顆粒流接觸模型和接觸參數(shù)，建立了細(xì)觀參數(shù)與宏觀力學(xué)特性的定性關(guān)系.

研究發(fā)現(xiàn)，在選取細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行研究時(shí)，未對(duì)一系列重要的細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行全面系統(tǒng)分析.因此，文中在模擬三軸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取孔隙度、配位數(shù)、kn/ks、顆粒粒徑分布、剪切速率和摩擦系數(shù)等6種細(xì)觀參數(shù)作為研究對(duì)象，通過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)來(lái)研究它們對(duì)粗粒土宏觀力學(xué)及變形特性的影響.

1 三軸顆粒流模型

室內(nèi)試驗(yàn)所用材料取自水布埡大壩工程的施工料場(chǎng).用篩分法和混合法測(cè)試粗粒土的顆粒級(jí)配，得到粗粒土不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量見(jiàn)表1.

在顆粒流模型中使用不同參數(shù)調(diào)節(jié)方法，可能得到相同的宏觀力學(xué)反應(yīng)——應(yīng)力-應(yīng)變曲線.在三軸模型試驗(yàn)中，要考慮的因素很多，如初始楊氏模量Ec，顆?？辜魪?qiáng)度c，φ，顆粒剛度比kn/ks，顆粒最小半徑Rmin，顆粒最大、最小半徑比Rmax/Rmin，試樣的密度ρ，初始接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)Nf,摩擦系數(shù)f等.按試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性階段計(jì)算初始楊氏模量，根據(jù)摩爾應(yīng)力圓得到顆粒的抗剪強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)試樣確定材料的密度，根據(jù)加權(quán)平均數(shù)顆粒生成法選取顆粒最小半徑及最大、最小半徑比，得到細(xì)觀參數(shù)值，見(jiàn)表2.

表1 粗粒土顆粒級(jí)配

表2 三軸數(shù)值模型中各細(xì)觀參數(shù)

在PFC3D中合成材料土樣是由球形顆粒組裝而成的，模型是由一個(gè)圓柱形墻面圍繞生成的顆粒體以及上下兩面壓縮板組成的.其中，上下2面壓縮板在試樣壓縮過(guò)程中，上墻面對(duì)試樣進(jìn)行壓縮剪切，下墻面保持不動(dòng)；圓柱形墻面在壓縮剪切過(guò)程中通過(guò)伺服系統(tǒng)維持恒定圍壓的工作.應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)的收集與整理是根據(jù)跟蹤墻面所受力的情況，以及墻面相對(duì)位移決定的.對(duì)模型試樣分6層進(jìn)行標(biāo)識(shí)顏色，其中，每層的厚度是100 mm；對(duì)圓柱試樣從內(nèi)到外分3層，每層厚度50 mm.模擬尺寸與室內(nèi)三軸試驗(yàn)試樣尺寸一致，為300 mm×600 mm(直徑×高)，顆粒流三軸模型見(jiàn)圖1.

圖1 顆粒流三軸模型

2 數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較

根據(jù)已確定的細(xì)觀參數(shù)，調(diào)整未知細(xì)觀參數(shù)，得到圍壓為0.8,1.6,3.3 MPa下試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并將各數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖2.

圖2 不同圍壓下室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖2可知，數(shù)值試驗(yàn)得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)室里得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本吻合，數(shù)值模型中在豎向荷載作用下，首先隨著軸應(yīng)變的增大處于彈性階段，該階段處于軸應(yīng)變小于10%；隨著軸應(yīng)變的繼續(xù)增大，模型內(nèi)部裂隙出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象形成剪切面，此時(shí)模型處于塑性階段.曲線在達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)的軸應(yīng)變也大體相同，試樣達(dá)到臨界狀態(tài)之后也處于和室內(nèi)試驗(yàn)一樣的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，因此可用三維離散元數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M室內(nèi)三軸試驗(yàn).

3 細(xì)觀參數(shù)敏感性分析

影響粗粒土強(qiáng)度及變形的因素很多，根據(jù)高等土力學(xué)中的土的抗剪強(qiáng)度與其影響因素的關(guān)系，可以確定為以下公式.

(1)

3.1 孔隙度

文中根據(jù)室內(nèi)三軸試驗(yàn)，在圍壓0.8 MPa的條件下，分別設(shè)定孔隙度為0.2，0.25，0.3，0.35以及0.4下的數(shù)值三軸試驗(yàn)，試樣生成的顆粒個(gè)數(shù)見(jiàn)表3，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖3.

表3 不同孔隙度下模型內(nèi)顆粒的個(gè)數(shù)

圖3 正常固結(jié)條件下不同孔隙度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

劉勇等[10]得出隨著孔隙度的增大，土體峰值強(qiáng)度明顯減小，且在孔隙度為0.45時(shí)，模型明顯表現(xiàn)出體縮效應(yīng).文中研究在不用孔隙度條件下的土體宏觀力學(xué)反應(yīng).由圖3可知，在初始應(yīng)力為正常固結(jié)的情況下，隨著孔隙度的增大，模型峰值強(qiáng)度減小不明顯.此時(shí)由于試樣在生成顆粒之后得到了充分固結(jié)，因此剪切初始應(yīng)力狀態(tài)一樣.固結(jié)后的模型與孔隙度聯(lián)系較小，而在不同孔隙度下試樣均表現(xiàn)出應(yīng)變軟化的現(xiàn)象，根據(jù)應(yīng)變軟化型破壞試樣的機(jī)制可知，試樣內(nèi)部出現(xiàn)剪切面，從細(xì)觀角度分析孔隙度對(duì)試樣宏觀特性的影響.

圖4 不同孔隙度條件下的顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)

由圖4顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)可知，標(biāo)定為白色的顆粒為轉(zhuǎn)動(dòng)速度大于0.11 rad/s的顆粒，白色的顆粒反應(yīng)了剪切面的分布情況.因此，圍壓0.8 MPa不同孔隙度下模型中試樣均形成了剪切面，但根據(jù)三維坐標(biāo)可知，不同的孔隙度試樣破壞形成的剪切面空間分布不同.已知試樣密度與試樣孔隙度相關(guān)，在不同密度條件下，試樣的破壞面空間分布不同.

3.2 配位數(shù)

初始配位數(shù)是指模型在生成過(guò)程中已經(jīng)設(shè)定了的顆粒間的接觸數(shù).初始配位數(shù)最大，表明初始模型顆粒越緊湊，在一定的孔隙度條件下，顆粒生成的數(shù)量也就越多.從上述孔隙度對(duì)模型材料的宏觀力學(xué)特性的影響可以得出，生成顆粒的數(shù)量(由不同的孔隙度引起的)對(duì)材料峰值強(qiáng)度基本沒(méi)有影響，而對(duì)材料的剩余強(qiáng)度有一定的影響，但影響不大.基于此，在分析配位數(shù)對(duì)材料宏觀力學(xué)特性的影響時(shí)推測(cè)，其影響與孔隙度的影響大致相同.圖5為不同初始配位數(shù)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線.

圖5 不同初始配位數(shù)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

不同初始配位數(shù)對(duì)數(shù)值模型中粗粒土宏觀力學(xué)特性幾乎沒(méi)有影響.由圖5可知，不同初始配位數(shù)對(duì)材料的峰值強(qiáng)度沒(méi)有影響，對(duì)剩余強(qiáng)度影響不大.不同的顆粒初始配位數(shù)導(dǎo)致了試樣的應(yīng)變軟化現(xiàn)象，根據(jù)顆粒位移場(chǎng)機(jī)制可知試樣內(nèi)部均出現(xiàn)了剪切面.從細(xì)觀角度分析不同顆粒初始配位數(shù)下顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)的變化情況，不同的初始配位數(shù)造成試樣剪切破壞面空間分布不同.初始配位數(shù)為3時(shí)的顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)與初始配位數(shù)為4時(shí)的完全相反，而初始配位數(shù)為5時(shí)亦不相同.初始配位數(shù)影響顆粒數(shù)量的生成，也影響大顆粒數(shù)量的生成和分布.而大顆粒的空間位置分布不同，又影響剪切面的分布和走勢(shì).因此，初始顆粒配位數(shù)對(duì)于材料的峰值強(qiáng)度以及剩余強(qiáng)度影響較小，對(duì)于材料的破壞面分布影響較大.

3.3 法向剛度與切向剛度比

kn/ks是顆粒法向剛度與切向剛度之比.改變顆粒的豎向接觸剛度與切向接觸剛度之比，得到在圍壓0.8 MPa下不同kn/ks的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖，見(jiàn)圖6.

圖6 不同kn/ks值下的應(yīng)力應(yīng)變曲線

由圖6可知，隨著kn/ks的不斷增大，土體峰值強(qiáng)度不斷減小，峰值強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的軸應(yīng)變?cè)诓粩嘣龃?，kn/ks與試樣峰值強(qiáng)度的關(guān)系式為

y=-3e-8x3+4e-5x2-0.022 3x+6(2)

式中：x為kn/ks，試樣模型逐漸從應(yīng)變軟化型向應(yīng)變硬化型轉(zhuǎn)變.隨著切向剛度不斷減小，切向抗變形能力下降；隨著kn/ks的不斷增大，試樣的破壞形式從形成剪切面轉(zhuǎn)變成以側(cè)向應(yīng)變?yōu)橹鞯钠茐男问?根據(jù)顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)進(jìn)行分析，隨著kn/ks的增大，轉(zhuǎn)動(dòng)速度較大的顆粒逐漸減少，剪切面分布不明顯.kn/ks為80時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度較大的顆粒組成的剪切分布比較明顯，當(dāng)kn/ks值增大到400，發(fā)現(xiàn)試樣內(nèi)部沒(méi)有剪切面的形成.顆粒切向剛度逐漸減小，試樣破壞主要以圓周型側(cè)向向外擴(kuò)散為主，轉(zhuǎn)動(dòng)速度較大的顆粒均勻分布在試樣內(nèi)部，試樣抗剪強(qiáng)度降低主要是試樣切向抗變形能力下降導(dǎo)致的.而kn/ks值較大時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈應(yīng)變硬化型主要是由于試樣圓周型側(cè)向破壞為主而無(wú)法形成剪切面導(dǎo)致的.

3.4 顆粒粒徑分布

根據(jù)加權(quán)平均數(shù)顆粒粒徑11.066 25 mm，設(shè)定不同的顆粒最小半徑，計(jì)算得表4的數(shù)據(jù).

表4 顆粒最小半徑和顆粒最大最小半徑比確定表

由表4可知，計(jì)算各不同最小顆粒半徑條件下的試樣三軸試驗(yàn)，分析粒徑分布情況對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，見(jiàn)圖7.

圖7 不同最小顆粒半徑下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖7可知，當(dāng)試樣顆粒粒徑的加權(quán)平均數(shù)為11.066 25 mm時(shí)，隨著顆粒最小粒徑的增大，試樣的峰值強(qiáng)度逐漸減?。蛔钚☆w粒粒徑在0.1～1 mm波動(dòng)時(shí)，試樣顆粒粒徑對(duì)試樣抗剪強(qiáng)度的影響較小；但隨著最小顆粒粒徑不斷增大，模型中顆粒粒徑的分布對(duì)試樣抗剪強(qiáng)度的影響增大.這是因?yàn)樵谏傻哪Ｐ椭凶钚☆w粒粒徑值很小時(shí)，大小顆粒間的咬合較為緊密，尤其是在加載一段時(shí)間后，顆粒經(jīng)過(guò)擠壓和錯(cuò)動(dòng)，有利于接觸力的傳遞以及摩擦力的生成.

結(jié)果顯示，隨著最小顆粒粒徑不斷增大，轉(zhuǎn)動(dòng)顆粒的分布差異較大；其中11 mm時(shí)顆粒粒徑相同，但試樣破壞不明顯.圖8為轉(zhuǎn)動(dòng)顆粒，可以看出轉(zhuǎn)動(dòng)顆粒越來(lái)越少，這是由于在粒徑相同的模型內(nèi)，顆粒間接觸力的分布與一般有相對(duì)大顆粒模型內(nèi)的接觸力分布不同，內(nèi)部破壞裂隙均勻分布在模型內(nèi).根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，最小顆粒粒徑不僅影響著試樣內(nèi)部的應(yīng)力路徑，也影響著剪切面的形成以及試樣應(yīng)變類型.

圖8 不同最小顆粒粒徑下的轉(zhuǎn)動(dòng)顆粒

3.5 剪切速率

室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值試驗(yàn)的宏觀反應(yīng)對(duì)加載速率敏感，通常選擇一個(gè)足夠慢的加載速率確保試樣在加載過(guò)程中處于準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài).準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài)是設(shè)置墻體一系列的常量速度后，通過(guò)應(yīng)變控制法實(shí)現(xiàn)，且這種狀態(tài)在一定臨界速度內(nèi)都均適用.文中設(shè)置加載速率為0.5 mm/min進(jìn)行數(shù)值模擬，設(shè)定不同的加載速率進(jìn)行研究.

圖9為不同剪切速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線.由圖9可知，剪切速率對(duì)模型中的粗粒土抗剪強(qiáng)度影響很大，隨著剪切速率的增大，峰值強(qiáng)度不斷增大.實(shí)驗(yàn)室內(nèi)選擇較低的剪切速率進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn)，首先是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室內(nèi)的儀器的限制，其次是試樣在準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài)下的剪切強(qiáng)度最能反映堆石壩或野外滑坡土體的抗剪強(qiáng)度.而在很大的剪切速率下，其剪切類似于滑坡體受到地震或庫(kù)水位急劇下降或上升等地質(zhì)災(zāi)害條件下的剪切，對(duì)土體的力學(xué)特性分析沒(méi)有多大的意義.

圖9 不同剪切速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

根據(jù)不同的剪切速率得到不同的土體抗剪強(qiáng)度峰值，它們之間的關(guān)系為

σp=0.019 2v+3.478 1(圍壓0.8MPa)

(3)

式中：σp為峰值強(qiáng)度，MPa；v為剪切速率，mm/min.

在不同剪切速率下的顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)，隨著剪切速率增大，試樣破壞不再沿剪切面破壞，試樣內(nèi)部出現(xiàn)大量破壞區(qū).根據(jù)剪切速率為75 mm/min的顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)可以看出，試樣內(nèi)部出現(xiàn)了大量的轉(zhuǎn)動(dòng)顆粒，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)顆粒的原因是試樣內(nèi)部出現(xiàn)了大量的剪切裂隙，導(dǎo)致試樣“粉碎性”破壞.在剪切速率很大時(shí)，試樣在壓縮剪切過(guò)程中不再是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程.

因此，剪切速度不僅影響材料的峰值強(qiáng)度，也影響材料的剩余強(qiáng)度，對(duì)材料的破壞的影響最大.

3.6 摩擦系數(shù)

在粗粒土研究中，摩擦系數(shù)很小時(shí)，摩擦角對(duì)摩擦系數(shù)的敏感度很大，試樣的剪切強(qiáng)度摩擦角與摩擦系數(shù)呈對(duì)數(shù)關(guān)系.且摩擦系數(shù)在0.1～0.4范圍內(nèi)時(shí)，摩擦角增加了 12.21°(12.49°～24.7°)，占摩擦角總增加量的76%，可見(jiàn)在摩擦系數(shù)較小時(shí)，試樣摩擦角受摩擦系數(shù)的影響較大.文中分別設(shè)置摩擦系數(shù)為0.1，0.3，0.5，0.7，0.9和1.1，大范圍地分析摩擦系數(shù)對(duì)材料強(qiáng)度的影響，得到摩擦系數(shù)與材料強(qiáng)度的關(guān)系，見(jiàn)圖10.

圖10 不同摩擦系數(shù)下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖10可知，圍壓0.8 MPa下摩擦系數(shù)對(duì)材料的峰值強(qiáng)度影響不大，對(duì)材料的剩余強(qiáng)度影響較大.摩擦系數(shù)與峰值強(qiáng)度以及剩余強(qiáng)度之間的關(guān)系見(jiàn)圖11.

圖11 摩擦系數(shù)對(duì)峰值強(qiáng)度及剩余強(qiáng)度的影響

由圖11可知，材料抗剪峰值強(qiáng)度隨摩擦系數(shù)增大而增大，兩者呈線性正相關(guān)；剩余強(qiáng)度隨摩擦系數(shù)增大而增大，當(dāng)摩擦系數(shù)越來(lái)越大時(shí)，其值對(duì)剩余強(qiáng)度的影響越來(lái)越小.這與Zhang等[11]對(duì)粗粒土進(jìn)行PFC2D雙軸試驗(yàn)結(jié)果不同，從校對(duì)摩擦系數(shù)中發(fā)現(xiàn)，摩擦系數(shù)對(duì)峰值強(qiáng)度的影響因數(shù)為2.2，對(duì)材料剩余強(qiáng)度的影響因子是2.55，后者大于前者.與二維模擬結(jié)果不同，二維離散元材料剪切帶形成之后，接觸力主要由摩擦力構(gòu)成，因此二維離散元中摩擦系數(shù)對(duì)于剩余強(qiáng)度的影響較大；三維離散元中，材料剪切帶形成以后，由于三維立體顆粒間擠壓與錯(cuò)動(dòng)，顆粒并不會(huì)像二維模型中的顆粒因剪切帶形成而分開.圍壓的存在致使顆粒間的接觸力由摩擦力、側(cè)向接觸力以及豎向接觸力組成，所以在三維離散元中，影響剩余強(qiáng)度的因素不僅有摩擦系數(shù).

從細(xì)觀顆粒的摩擦系數(shù)角度，對(duì)試樣破壞形式進(jìn)行分析可知，觀察其剪切結(jié)束之后的顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)，在不同摩擦系數(shù)下，剪切面走向基本相同；轉(zhuǎn)動(dòng)速度較大的顆?；緡@在剪切面附近，且隨著摩擦系數(shù)增大，試樣剪切面厚度不斷增大.這是由于顆粒間的摩擦力越來(lái)越大，剪切面附近的顆粒在發(fā)生平移和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)其周圍的顆粒一起運(yùn)動(dòng)，所以從外觀上看剪切面增厚.

4 結(jié) 論

1) 基于數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果能夠很好的擬合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，以應(yīng)力-應(yīng)變曲線為粗粒土宏觀力學(xué)特性研究對(duì)象，得出各細(xì)觀參數(shù)對(duì)粗粒土抗剪峰值強(qiáng)度以及剩余強(qiáng)度的力學(xué)敏感性排序?yàn)椋簁n/ks>摩擦系數(shù)>剪切速率>顆粒粒徑分布>孔隙度>配位數(shù).

2) 從細(xì)觀角度出發(fā)，根據(jù)模型中的顆粒位移場(chǎng)以及顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)速度場(chǎng)對(duì)各細(xì)觀參數(shù)對(duì)粗粒土三軸模型變形，以及破壞面空間分布進(jìn)行分析，得到各細(xì)觀參數(shù)對(duì)粗粒土三軸模型變形敏感性結(jié)論：剪切速率>kn/ks>顆粒粒徑分布>孔隙度>配位數(shù)>摩擦系數(shù).其中摩擦系數(shù)對(duì)材料破壞面的空間分布基本沒(méi)有影響，但影響著破壞面的厚度.

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Sensitivity Analysis of Triaxial Test of Coarse Grained Soil Based on PFC3D

LI Can QIU Hongsheng ZHANG Zhihua

(SchoolofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)

This paper uses PFC3D as the tool and using weighted average particle size distribution method to build model. The parameters including porosity, coordinate number, kn/ks, particle size distribution, shear rate and friction coefficient are chosen as the micro parameters to analyze the sensitivity. The stress-strain intensity curve is taken as the mechanics analysis method and the particle rotation velocity field is used as deformation analysis method. The sensitivity of each parameter to the strength of the coarse grain is sorted. The effect of the shear failure of coarse grained soil is summarized and analyzed. The research shows that the parameters in the model have a certain effect on the strength and deformation of coarse grained soil and the kn/ks has the greatest influence on the strength and deformation of coarse grained soil, while the porosity and coordinate number have least influence.

PFC3D; micro parameters; particle rotation velocity field

2016-09-05

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51308429)

TU411 doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2016.05.021

李燦(1991- )：男，碩士生，主要研究領(lǐng)域?yàn)閹r土及隧道工程襯砌災(zāi)害防控