基于数字图像细观模型重构的土石混合体力学特性研究

摘要：

土石混合体是一种非均匀、非均质、非连续的不良地质体,其力学特性和破坏机制与一般岩土体存在显著差异.鉴于相关研究不够深入,选取边坡工程现场3组不同部位的土石混合体照片,利用数字图像重构方法建立土石混合体细观结构模型.利用PFC2D开展二维数值直剪试验,对土石混合体的力学特性进行研究.探究含石量与强度参数的关系,分析土石混合体的细观变形破坏机制.研究结果表明:在一定含石量范围内,内摩擦角与含石量总体上呈线性增加,而黏聚力与含石量总体上呈指数衰减.剪切带也受含石量的控制.不同含石量的土石混合体的剪切强度与法向应力均满足莫尔-库伦准则.在剪切过程中,不同试样的剪应力-剪切位移曲线均经历了峰前和峰后2个明显不同的阶段,且峰后出现了一定的软化现象.由于峰后石块的咬合与断裂不断产生,应力-应变曲线波动较大,出现剪应力跳跃现象.此外,直剪试验中法向应力越大,剪切带厚度越大,但试样剪胀性却减小.根据剪切过程中试样内部颗粒间接触力的力链演化过程发现,随着剪切位移的增加,为了抵抗剪应力,土石颗粒间接触力的方向发生了明显的偏转,同时颗粒间接触力的大小分布也发生了一定的变化.当试样发生剪切破坏后,随着剪切位移的继续增加,试样内部颗粒间接触力变化不明显.研究结果可为科学合理地治理土石混合体边坡提供理论支撑和保障.

关键词：土石混合体、数字图像处理、直剪试验、力学特性、细观变形破坏机制

所属期刊栏目：19

分类号：TU43(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金52008403

在线出版日期：2022-12-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：3351-3360