土石混合体表征元的力学特性研究

IMECH-IR > 流固耦合系统力学重点实验室

	土石混合体表征元的力学特性研究
英文题名	Research on the Mechanical Properties of the RVE of Rock and Soil Aggregates
	李志刚
导师	马维
	2015
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	固体力学
摘要	土石混合体是一种在我国中西部地区广泛分布的特殊地质体材料，其组成颗粒物理力学性质相差很大，各方面性质与土和岩石有着很大的区别。作为众多工程地质灾害的主要载体，土石混合体具有极大的研究价值。本文采用室内试验、理论分析与数值模拟相结合的研究方法，建立了土石混合体的细观结构模型，深入研究了土石混合体表征元的宏观力学性能以及变形破坏机理，得到了基于均匀化理论的土石混合体表征元的强度表达式。主要工作有：对于土石混合体这种非均匀、非连续的特殊地质体材料而言，等应力加载更能准确地描述它的力学特性。本文通过柔性加载试验与CDEM（基于连续介质力学的离散元法）数值计算，得出不论在单轴压缩还是三轴压缩条件下，土石混合体的等应力加载强度均低于等位移加载；并且在两种加载方式下，土石混合体的内部应力分布有很大差异。通过量纲分析得出影响土石混合体力学特性的主要因素，建立了土石混合体宏观强度参数与细观结构之间的无量纲关系式。利用块石随机生成算法建立了土石混合体的二维几何模型，分别模拟了两种不同土石混合体的单轴压缩试验，这两种土石混合体的组成土体的模型不同：一种为弹塑性模型，另一种为脆断模型。结果表明，土石混合体在土石界面不产生破裂时的强度要大于土体的强度，而当土石界面具有一定强度并会发生破裂时，土石混合体的强度却低于土体的强度。利用块石随机生成算法建立了土石混合体的三维几何模型，利用连续模型对土石混合体的三轴压缩试验进行了仿真计算。将数值计算结果与柔性加载三轴室内试验进行对比分析，得出无论是从变形破坏模式还是本构曲线，数值计算与室内试验均能很好地吻合。通过莫尔圆求得土石混合体的均匀化抗剪强度参数，并得出其随含石量以及块石尺寸的变化规律。基于破裂模型得出土石混合体的强度控制机理：土石混合体的抗压强度受均匀化抗剪强度参数与围压控制，粘聚力的丧失是土石混合体受压时本构曲线发生应力骤降的根本原因。基于均匀化理论建立了土石混合体宏观力学性质与细观结构特征之间的联系，得到了不同条件下土石混合体表征元的强度表达式。
索取号	31226
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55119
专题	流固耦合系统力学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	李志刚. 土石混合体表征元的力学特性研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.

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201562135311.pdf（2252KB）			开放获取	CC BY-ND	请求全文