直剪试验下砂土剪切带形成的细观变形机制

来源：水利水运工程学报杂志 2020年第3期北京时间：

作者：潘远阳,魏玉峰,李远征,杨豪,雷壮

摘要：剪切带的形成与发展是影响土体变形破坏的关键因素。利用数值模拟试验方法，对砂土直剪试验中剪切带的形成和演化机制进行研究。试验中采用条块法对试样进行标记，以观测其变形及发展过程；并记录剪应力及剪切位移的变化，分析试样的应力应变特征；最后从细观角度对颗粒试样的平均转动量、配位数及孔隙变化率等参数进行统计分析，以揭示试样的细观变形规律。研究表明：砂土剪切带的形成是一个渐进的过程，呈现出累进破坏的特征；且剪切过程中颗粒试样会发生局部变形并形成狭长的剪切带，剪切带的厚度受平均粒径及颗粒摩擦系数的直接影响，当颗粒粒径为1.25倍平均粒径且颗粒摩擦系数为0.5时，剪切带厚度达到最大值；此外，剪切带区域的强力链较为密集，通过对强力链进行光密度及面积占比分析发现峰值时刻最为显著（平均光密度约为1.4，强力链面积占比约为52%），这表明力链网络的结构变化与剪切带的形成及演化具有同步性；同时发现剪切带内、外颗粒体系的平均转动量、平均配位数及孔隙变化率等细观参数存在显著差异，说明剪切带对外荷载的响应较为强烈。

关键词：砂土, 离散元法, 直剪试验, 剪切带, 细观机制