散粒体卸载特性的三轴伸长试验研究.pdfVIP

第30卷第4期 固体力学学报 V01．30No．4 CHINESEJOURNALOFSOLIDMECHANICS 2009 2009年8月 August 散粒体卸载特性的三轴伸长试验研究’ 庄 丽 周顺华” (同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海，200092) 摘 要根据岩土体的加卸载变形过程和应力状态，卸载曲线分为弹性卸载段和卸载伸长段．采用三种不同 粒径的玻璃珠和标准丰浦砂散粒材料进行了三轴伸长卸载试验，对比分析了不同材料、初始偏应力和不同围压下 散粒体的卸载特性．研究表明散粒体的单向伸长卸载强度主要取决于与卸载方向垂直的围压和颗粒的内摩擦，且 与围压成线性关系，初始偏应力状态及各向异性对于散粒体的伸长强度无影响，但影响其破坏发展形态．此外，材 料特性包括表面粗糙度和级配、孔隙率等对内摩擦及伸长卸载特性均有影响． 关键词 散粒体。卸载，三轴伸长试验，摩擦，伸长强度 同阶段复合体的变形模量[5]．研究表明，从颗粒间 O 引言 的微细观接触关系和变形行为出发研究土体的力 学行为能够较好地解释宏观现象的机理．但目前 岩土体是典型的摩擦耗散型和具有散体性质 的研究对于散粒体的卸载特性尤其是伸长阶段的 的非线性材料，就物理特性来说其介于固体和液 分析尚不明朗[6]．由于土体的复杂性，本文拟先不 体之间．岩土体颗粒的组成、应力状态等对土体的 考虑颗粒间的粘结以及水的作用，以玻璃珠和砂 加卸载特性有着较大的影响，颗粒间的内摩擦对 为对象，通过三轴伸长试验研究散粒体在卸载过 于研究卸载时的受力和变形特性、开挖计算是至 程中的力学特性． 关重要的[1]．摩擦型散粒可以视作由一个个颗粒 组成，颗粒的位移独立于其它颗粒并只在接触处 岩土体的加卸载宏观特性 有相互作用，由此导致该类材料的加载和卸载特 性都十分复杂，到目前为止没有建立起一个可以 1．1加卸载的描述 令人满意的本构关系．越来越多的文献开始尝试 岩土体的开挖从塑性力学的角度分析可能是加 离散元方法，希望从细观机理方面解释土作为散 载过程，但从客观的力学行为分析是卸载过程，对于 粒体的力学特性，其中一些文献重点研究了散粒 岩土体颗粒间存在着摩擦作用时的卸载，非线性特 体的卸载特性．AiantaSachan采用三轴压缩和伸长征非常明显．某一初始应力水平下岩土体的加卸载 试验研究了高岭土的分散和絮凝两种不同结构， 行为可以分为几个阶段，如图1所示．OA段表示加 从微细观角度解释了两种不同结构形式对力学特 载，平均应力和偏应力均增加；AB段为弹性卸载， 性的影响[21；ColinThornton等采用离散元方法研平均应力和偏应力均在减小，由于颗粒间摩擦特性 究了恒定平均应力和恒定体积两种情况下压缩和 的不同，卸载线的曲率和残余变形不同；BC段为卸 伸长时散粒体的应力一应变关系，解释了颗粒内 载伸长阶段，平均应力减小，偏应力的绝对值增加， 部的接触及微观力学行为[31；此外他还研究了无 单元在卸载方向的应力小于与卸载方向垂直的应 侧向变形条件下立方体散粒体试样在卸载时的变 力；当卸载方向的应力减小到0后，试样由卸载进入 形特性，发现卸载过程中颗粒间产生了滑移，接触 真正的拉伸状态，但是对于一般土体，尤其是不具有 数量减