《鬆散砂土靜態液化失穩機理的模型試驗及離散元模擬》是依託同濟大學，由顧曉強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鬆散砂土靜態液化失穩機理的模型試驗及離散元模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：顧曉強
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
飽和鬆散土體往往會發生靜態液化（擴散性失穩）現象，造成邊坡等發生流滑災害。本研究針對鬆散砂土等離散介質的特性，採用離散元方法模擬靜態液化的室內單元試驗，研究土體微觀結構在剪下過程中的演化，建立微觀結構和土體巨觀力學行為的內在聯繫，從根本上闡釋靜態液化失穩的機理，為準確判別砂土靜態液化的可能性提供先決條件；基於微觀力學，將連續介質理論中的Hill穩定條件推導擴展到離散介質中，為判別鬆散砂土失穩提供理論依據；通過模型試驗，採用數字照相技術研究邊坡失穩過程中應力、應變的發展，研究基於顆粒運動的邊坡失穩漸進過程，並用離散元對模型試驗進行模擬；基於推導的離散介質中的Hill穩定條件，對模型試驗的邊坡進行穩定分析，並與模型試驗的結果進行對比，探討Hill穩定條件判別擴散性失穩的合理性。本研究對揭示土體靜態液化的機理和準確判別土體靜態液化失穩提供基礎性理論依據，對避免滑坡等災害的發生有重要意義。
結題摘要
飽和鬆散土體往往會發生靜態液化（擴散性失穩）現象，造成邊坡等發生流滑災害。本研究針對鬆散砂土等離散介質的特性，採用離散元方法模擬和理論推導等研究砂土的靜態液化等巨觀力學特性，以及其微觀機理。主要研究內容和成果包括：（1）利用離散元方法模擬室內單元試驗，並研究土體微觀結構在剪下過程中的演化，建立微觀結構和土體巨觀力學行為的內在聯繫，從根本上闡釋靜態液化失穩的機理。離散元模擬研究結果表明：砂土的巨觀力學有很強的狀態相關（包括初始圍壓和孔隙比）特性，飽和鬆散砂土才會出現靜態液化現象。土體的微觀結構決定著土體的巨觀力學特性，特別是顆粒接觸配位數和接觸法向的分布。靜態液化發生時，顆粒的接觸配位數為4.0左右，然後突然降為0，表示砂土結構的崩解。同時砂土的微觀結構也存在臨界狀態線，跟土體的巨觀臨界狀態線相對應。（2）研究了邊坡漸進破壞過程中剪下帶的形成和發展，研究結果表明：剪下帶從載入初期許多的細微潛在剪下帶發展而來。剪下帶中土體由於強剪脹性而導致大孔隙結構，伴隨著很大的顆粒累積轉動位移。（3）研究了影響土體初始應力狀態（靜止土壓力係數K0）的主要因素，研究表明土體的K0跟土體的顆粒接觸配位數存在著本質聯繫。（4）推導了基於推導的離散介質中的Hill穩定條件，研究了土體初始應力狀態對土體失穩的影響。研究結果表明：系統二階功的減小量約為系統動能的增量。在不等向應力（或者有偏應力）條件下，二階功跟應變路徑角度有明顯的相關性。只有應變方向處於失穩域（一般分布角度為130°-190°）中，試樣才會發生失穩。砂土試樣失穩的微觀表現形式是系統動能的突然性爆發式增加，表明了Hill穩定條件在離散介質中的適用性。
