【摘 要】
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冻土是由土骨料、冰、未冻水、气体构成的不均匀的多相集合体,是一种特殊的散体材料;土体细观结构的复杂性决定了土体具有复杂的工程力学特性,而冻土中由于冰的存在,更加深了其力学复杂性;而过去的冻土力学模型大都是应用连续介质理论建立的,将颗粒材料视为连续介质,忽略了冻土的离散特性。同时,虽然在冻土室内试验中已有许多试验仪器和方法被用来研究冻土的静力特性,但由于难以精确把控冻土室内试验的边界条件和加载方式等
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冻土是由土骨料、冰、未冻水、气体构成的不均匀的多相集合体,是一种特殊的散体材料;土体细观结构的复杂性决定了土体具有复杂的工程力学特性,而冻土中由于冰的存在,更加深了其力学复杂性;而过去的冻土力学模型大都是应用连续介质理论建立的,将颗粒材料视为连续介质,忽略了冻土的离散特性。同时,虽然在冻土室内试验中已有许多试验仪器和方法被用来研究冻土的静力特性,但由于难以精确把控冻土室内试验的边界条件和加载方式等原因,导致试验结果普遍具有较大的离散性。鉴于此,本文在充分考虑冻土离散特性的基础上,利用离散元PFC2D数值模型模拟人工冻结砂土室内静三轴压缩试验,基于细观接触黏结本构模型,模拟了不同温度及围压下人工冻结砂土的室内静三轴压缩试验,研究其宏观静力特性(应力-应变关系),进而研究土颗粒细观接触特性(接触刚度比、摩擦系数、法向黏结力、切向黏结力)对人工冻结砂土的宏观静力特性和细观静力特性(接触力链、裂纹扩展、颗粒位移及能量演化)的影响规律及其细观破坏机理。主要成果如下:(1)将人工冻结砂土作为研究对象,基于细观接触黏结模型,建立冻土颗粒流室内静三轴压缩试验的数值模型,模拟了不同温度场及围压场下的冻土数值试样室内三轴压缩过程,研究了不同温度及围压对人工冻结砂土的宏观静力特性的影响规律。(2)通过研究冻土在加载过程中的接触力链演化规律、裂纹扩展规律、颗粒位移规律以及能量演化规律,进一步研究冻土的细观变化机理。(3)人工冻结砂土颗粒流室内静三轴压缩试验的数值模型建立好后,利用控制变量法,研究不同的土颗粒细观接触参数(颗粒的法向刚度kn、切向刚度ks、摩擦系数μ、接触处的法向黏结力nbond和切向黏结力sbond)对冻土宏细观静力特性的影响规律。
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