钢珠和玻璃珠模拟粗粒土的三轴试验研究.pdf

第47卷第8期人民长江V01．47．No．8

2016年4月YangtzeRiverApr．，2016

文章编号：1001—4179(2016)08—0088～06

钢珠和玻璃珠模拟粗粒土的三轴试验研究

董启朋，姚海林2，詹永祥2

(1．浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州310002；2．中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国

家重点实验室，湖北武汉430071)

摘要：采用钢珠和玻璃珠等颗粒材料模拟研究粗粒土力学性质具有较强可行性。对颗粒材料开展了常规三轴

试验，探讨了围压、粒径、孔隙比等因素对粗粒土强度和变形特性的影响。研究表明：通过橡皮膜校正，颗粒材

料的莫尔一库仑强度包线为过原点的直线；颗粒材料峰值强度随围压增大线性增加。轴向应变与围压存在二

次函数关系；随颗粒粒径增加，峰值强度和内摩擦角均表现出增加趋势；分析稳态下的孔隙比与稳态强度的关

系可得出相应的稳态内摩擦角。相关研究结论为进一步运用不同形状颗粒材料研究粗粒土奠定了基础。

关键词：颗粒材料；三轴试验；围压；粒径；孔隙比

中图法分类号：P642文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．08．0019

粗粒土，如砂和砾石，是由大量离散颗粒组成的散校正了颗粒材料的莫尔一库仑强度包线；分析了不同

体材料。由于存在离散性，粗粒土等颗粒散体材料的粒径颗粒材料三轴试验结果，研究了围压、粒径、孔隙

宏观力学行为十分复杂”，取决于大量组成颗粒个比等不同因素对颗粒材料的宏观力学性质的影响，得

体的细观力学行为。因而，颗粒的基本性质，如颗粒大出了峰值内摩擦角和稳态内摩擦角。

小、形状和颗粒间接触力，在颗粒材料的宏观力学行为

1试验材料及方法

中起着举足轻重的作用。

CThornton和刘连峰以玻璃珠为主要研究对

1．1试验设备

象，采用室内物理试验和数值模拟的方法研究了散粒

通过SJ一1AG三轴剪力仪对颗粒材料进行常规

体在颗粒内摩擦力影响下的轴向压缩和卸载情况。孔

三轴试验。该仪器主要由试验机、压力室、自动化电子

德志采用钢珠模拟堆石料三轴试验探讨了其变形细观

测量系统、试样制备工具等4部分组成，为应变控制

机理对强度和变形的影响，修正了Rowe剪胀方程并

式。试验中控制压力室底座连同试样以一定的速率匀

概括了其适用范围。杨荣伟等利用均质光弹颗粒

速向上移动，达到剪切破坏的目的。

材料直剪试验研究了颗粒材料的力链分布，统计

1．2试验材料

了力链分布方向，分析平均力链影响，粗略估计颗粒受

力的大小。由此可见，运用其他颗粒材料来研究粗粒张祺、刘海涛m、Xu“、Wang等的研究表

土的宏细观力学行为和力学性质已具备可行性，因此明，颗粒材料在进行直剪试验或者三轴试验时存在尺

可通过不同材质的颗粒材料来模拟研究粗粒土的力学寸效应，因此根据规范要求和为了避免颗粒尺寸效应，

性质。