【摘 要】
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滑带土是滑坡的特殊组成部分,对于某些大型滑坡(青藏高原东缘、三峡库区众多滑坡及滑坡堆积体等)中的滑带一般都含有粗颗粒,其力学特性与滑坡的形成及破坏机理密切相关,因此针对含粗颗粒滑带土的宏细观力学特性和变形特征开展研究对于滑坡变形演化和边坡加固防治有着重要意义。目前有关含粗粒滑带土中粗粒含量、颗粒级配以及粗颗粒的形状和磨圆度对其细观力学特性的影响都还有待深入。颗粒流离散元方法可以有效地监测和追踪岩土
【基金项目】
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黑龙江省自然科学基金(项目名称:粗粒滑带土细观参数对宏观力学特性影响规律研究,项目编号:LH2019D001);
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滑带土是滑坡的特殊组成部分,对于某些大型滑坡(青藏高原东缘、三峡库区众多滑坡及滑坡堆积体等)中的滑带一般都含有粗颗粒,其力学特性与滑坡的形成及破坏机理密切相关,因此针对含粗颗粒滑带土的宏细观力学特性和变形特征开展研究对于滑坡变形演化和边坡加固防治有着重要意义。目前有关含粗粒滑带土中粗粒含量、颗粒级配以及粗颗粒的形状和磨圆度对其细观力学特性的影响都还有待深入。颗粒流离散元方法可以有效地监测和追踪岩土材料的位移矢量场、接触力链、法向和切向接触力、颗粒配位数等细观力学参数,进而在细观层面揭示出岩土材料的变形破坏机理。本文依托黑龙江省自然科学基金(项目名称:粗粒滑带土细观参数对宏观力学特性影响规律研究,项目编号:LH2019D001),通过室内中型直剪试验及颗粒流离散元对含粗粒滑带土的宏细观力学特性及其剪切演化规律进行了研究,主要研究成果如下:(1)基于自主改进的可视化中型剪切盒,先对不同粗粒含量的滑带土试样进行了中型剪切试验,并通过单反相机实时记录和监测了不同粗粒含量试样的剪切过程。之后对剪切图像进行了数字图像处理,并在此基础上建立了精准化的离散元数值模型。通过中型剪切试验和离散元数值模拟分析了不同粗粒含量的滑带土的剪胀性、位移场、接触力链、法向和切向接触力分布等宏细观力学特性。研究表明粗粒含量对于滑带土的宏细观力学特性有着重要影响,粗粒含量越多的数值试样其剪胀性越显著,颗粒接触力链网络更复杂,位移场和法向接触力分布范围也更大。(2)采用颗粒流方法模拟室内中型直剪试验,对四组颗粒级配良好与级配不良的滑带土进行细观层面位移场、大小主应力分布、接触力链、法向和切向接触力演化等细观参量的对比分析。结果表明颗粒级配影响着滑带土的细观力学特性,级配不良下的位移场在剪切之后的位移区分带表现为以粗颗粒为边界,且在相同法向应力下其剪胀性更加显著;级配良好下颗粒接触力链、法向及切向接触力在剪切前分布较为均匀,而级配不良中粗颗粒居多,应力集中现象显著,强、弱力链差异明显;级配不良情况在剪切后法向和切向接触力的分布范围小于级配良好的情况,接触力在同一方向的分布不如级配良好情况下延伸长。(3)通过3D扫描技术对中型直剪试验中的粗颗粒进行了精细化处理,建立了粗颗粒的数据库,并结合三维离散元进行了精准化建模,根据试验条件模拟室内的中型直剪试验进行数值试验。结果表明,粗颗粒的磨圆度及颗粒形状对于滑带土数值试样的剪胀性和细观力学参量都有着显著影响,磨圆度越差、颗粒形状越不规则的数值模型其剪胀性越明显、颗粒配位数越大,模型内部的接触密实度也更好。
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