砂土介质剪切带演化及其特征的离散元方法模拟

发布时间：2019-12-04 10:21

【摘要】：滑坡作为一种重要的地质灾害,对滑坡的形成及机理的研究常常是本学科的重点。滑坡中岩土体滑移面的破坏与剪切带的形成密切相关,所以研究剪切带的形成与演化机理对研究和防治滑坡有重要意义。本文使用PFC2D离散元软件对砂土颗粒介质进行双轴压缩试验的数值模拟。从速度场、位移场、转动场以及力链网络等4个方面对砂土颗粒介质体系在双轴压缩试验中剪切带的形成与演化的过程和机理进行了详细的分析;对剪切带的倾角和厚度进行了简单的探讨;通过对剪切带内、外孔隙率,配位数及应力水平的定性分析来阐述剪切带形成的应变局部化现象,揭示了剪切带形成与演化的内在机理。并把颗粒物质的堵塞和流动概念应用于剪切带的演化分析中,最后还验证了剪切带的形成与演化具有明显的类固-液转化特征。根据剪切带的形成与演化所具有类固-液转化特征,本文使用PFC3D离散元软件对砂土颗粒进行周期边界条件下的单剪流动的数值模拟。从应力、有效摩擦系数、配位数、净接触时间数、惯性指数和体系体积变化等6个角度分析剪切速率、颗粒摩擦系数和恢复系数对类固-液转化过程的影响。发现孔隙比和剪切速率对类固-液转化过程有明显影响,而摩擦系数和恢复系数对类固-液转化过程的影响很小。但是摩擦系数大、恢复系数小的颗粒体系更易发生凝滞;摩擦系数小、恢复系数大的颗粒体系更易发生流动。同时发现周期边界条件会使颗粒体系的单剪流动中密砂发生体胀时伴随着应变硬化,而松砂发生体缩时伴随着应变软化。因此提出要谨慎使用并进一步研究周期边界条件。根据堵塞和堵塞相图的概念,使用孔隙比e、剪切应力和剪切速率?建立了-?-相变图,使用孔隙比e、剪切应力和光滑系数建立了--相变图。这些相变图能够直观地反映颗粒在剪切流动中所处的状态。本文最后还把-?-相变图应用于剪切带的演化规律的定性分析中。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU43

【参考文献】