堆沉積土石體是由強度較高的塊石、強度相對較弱的土顆�；|(zhì)填充而成的松散混合體系,具有高度的非均勻性與非連續(xù)性,且其宏觀力學性質(zhì)主要取決于其細觀結(jié)構(gòu)特征,而其細觀結(jié)構(gòu)特征又與混合體系內(nèi)的塊石密切相關(guān)。為深入探究土石體的細觀結(jié)構(gòu)特征及對其力學特性的影響,并進一步揭示形變內(nèi)在機理,基于離散元方法建立了土石體三軸隨機模型,并對模型中的細觀參數(shù)進行了敏感性分析,結(jié)合室內(nèi)大三軸試驗結(jié)果對相關(guān)參數(shù)進行了反演驗證。在此基礎(chǔ)上,開展了兩種典型地質(zhì)環(huán)境下土石體的細觀結(jié)構(gòu)特征探究與影響土石體細觀結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)因素的力學特性分析。得出了如下主要結(jié)論:（1）對土石體三軸離散元模型中的顆粒法向接觸剛度、切向接觸剛度、土顆粒法向粘結(jié)強度、切向粘結(jié)強度等細觀參數(shù)進行了敏感性分析,得到了上述細觀參數(shù)的變化對土石體試樣的宏觀偏應力與體應變的影響效果。（2）基于標定后的細觀參數(shù),運用離散元法開展了水平面固結(jié)環(huán)境與坡地堆沉積環(huán)境下土石體的細觀結(jié)構(gòu)特征探究,得到了兩種地質(zhì)環(huán)境下的土石體在幾何排列與接觸力分布上的細觀結(jié)構(gòu)分布規(guī)律。（3）塊石定向角、塊石長短軸之比、塊石粒徑、塊石級配等因素對土石體的細觀結(jié)構(gòu)會存在一定影響,探討了上... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．２離散元線性接觸剛度模型??

ｐｉｅｃｅ?２?Ｎ．??圖２．２離散元線性接觸剛度模型??（２）粘結(jié)模型??在ＰＦＣ３Ｄ離散元模型中可以將兩相互接觸的顆粒粘結(jié)在一起，使其產(chǎn)生粘??結(jié)強度。粘結(jié)模型有接觸粘結(jié)模型和平行粘結(jié)模型兩種，接觸粘結(jié)模型作用在顆??粒接觸點處且其接觸間只能承受力而不能承受力矩；平行粘結(jié)作用在顆粒接觸一??定范圍內(nèi)且其接觸間既可以承受力也可以承受力矩。接觸本構(gòu)關(guān)系見圖２．３所示。??接觸粘結(jié)可等效為一對彈性彈簧，在接觸點處具有恒定的法向和剪切剛度。??粘結(jié)的存在排除了滑動的可能性，由此剪切力受到摩擦系數(shù)和法向力的乘積的限??制；相反，剪切力受剪切強度的限制。粘結(jié)允許張力在與間隙接觸時發(fā)展，張力??受拉伸強度的限制。??Ｋｉｒ??（ｔｅｎｓｉｏｎ）??７＞?ｙｔ?ｂｏｎｄ?Ｓ�。�?ｂｏｎｄ??Ｚ?ｂｒｅａｋｓ?ｂｒｅａｋｓ??ｉｎ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｉｎ?ｓｈｅａｒ??￣￣＾?一５?．?／４ｋ??ｙｉ?＝?ｒ＾－ｇ，－ｖ／；＝〇?ｚ＾?＞??圖２．３粘結(jié)模型本構(gòu)關(guān)系??２．３三軸試驗ＰＦＣ數(shù)值模型建立??三軸數(shù)值模型生成過程中，首先生成相

基于離散元法的堆沉積土石體細觀結(jié)構(gòu)特征及力學特丨生研究???一個圓柱形墻體與兩個平面墻體，三者組成了一個封閉的圓柱空間，從而保??數(shù)值模型和常規(guī)三軸試驗具有一致的形狀。考慮到后續(xù)做參數(shù)反演分析時需要??室內(nèi)大三軸試驗對比，故建模吋模型尺寸的選取與室內(nèi)大三軸試驗保持一致，??該模型中將圓柱形墻體的直徑與高度分別取為３００ｍｍ與６００ｍｍ。??墻體單元生成完成后，在其圍成的封閉圓柱狀空間生成相應的球形顆粒，在??石體試樣中，與塊石粒徑相比土顆粒的粒徑相對較小，故做相關(guān)分析時可以忽??其形狀效應，在數(shù)值模型建立過程中，可將其等效為球形顆粒。結(jié)合相關(guān)文獻??研宄［１３，２Ｑ］，以５ｍｍ作為土石顆粒粒徑界限，同時考慮到計算機的計算效率，??土顆粒粒徑范圍進行了一定簡化，其粒徑在２ｍｍ￣５ｍｍ范圍類服從均句分布；??石粒徑范圍為５ｍｍ？６０ｍｍ，粒徑分布情況按實際需求級配決定。在三軸虛擬??驗土石體試樣的生成過程中主要采用了等量替換法和ＰＦＣ３Ｄ中自帶的動態(tài)膨??法，具彳本實現(xiàn)過程如下：??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于X-Ray CT試驗的塌陷區(qū)回填體孔隙結(jié)構(gòu)研究[J]. 孫偉,吳愛祥,侯克鵬,楊溢,劉磊.  巖土力學. 2017(12)
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[8]土石混填體抗剪強度特性及影響因素的試驗研究[J]. 趙明華,劉建軍,羅宏,楊明輝.  巖土力學. 2017(04)
[9]基于分形理論的北京地區(qū)砂礫石地層細觀建模[J]. 杜修力,張佩,金瀏,張仁波.  巖石力學與工程學報. 2017(02)
[10]基于真實塊石形態(tài)的土石混合體細觀力學三維數(shù)值直剪試驗研究[J]. 徐文杰,王識.  巖石力學與工程學報. 2016(10)

碩士論文
[1]土石混合體的數(shù)字圖像離散元分析[D]. 胡日成.重慶大學 2016
[2]離散元在含可燃冰土層及碎石料力學特性研究中的應用[D]. 姜浩.清華大學 2014



本文編號：3062623