砂土双轴试验剪切带形成离散元模拟分析

"双轴压缩试验中砂土剪切带形成的离散元模拟分析 (2010年)" 本文是基于2010年的一篇工程技术论文，主要探讨了砂土在双轴压缩试验中的剪切带形成机制及其发展过程。作者运用离散单元法（Discrete Element Method，简称DEM）软件PFC2D对大量的砂土样本进行了模拟，旨在深入理解砂土剪切带的微观力学特性。 离散元方法是一种强大的数值模拟工具，常用于模拟颗粒物质如砂土的行为。在双轴压缩试验中，砂土试样受到两个方向的等比例压力，这种情况下，局部应力集中可能导致剪切带的形成。研究发现，剪切带的形成实际上就是试样内部应变局部化的体现，同时也伴随着平均转动率（Average Pure Rotation Rate, APR）的局部化。APR的局部化反映了颗粒之间的相对旋转加剧，这通常是剪切破坏的前兆。 论文指出，剪切带开始形成的位置是试样剪缩和剪胀状态转变的关键点。剪缩是指试样在剪切过程中体积缩小，而剪胀则表示体积增大。剪切带内外的宏观和微观参数变化存在显著差异。接近剪切带的土体表现出应变软化现象，意味着随着应变的增加，强度下降。相反，远离剪切带中心的土体在应力-应变关系曲线上出现“回滞圈”现象，这通常与材料的非线性行为和能量耗散有关。 此外，研究还关注了孔隙比、平均接触数和配位数等关键参数。孔隙比是衡量土壤密实度的一个指标，其变化可能影响土体的强度和渗透性。平均接触数和配位数反映颗粒间的相互作用，它们的减少可能预示着颗粒间连接的削弱，进一步导致剪切带的形成和发展。剪切带内部的这些参数变化显示，带内的土体比外部更为松散，支撑力明显降低。 该研究通过离散元模拟揭示了砂土在双轴压缩下的剪切带形成机理，为理解和预测土体在复杂应力状态下的行为提供了理论依据，对于工程实践中的地基处理、边坡稳定性分析以及隧道和地下工程建设等领域具有重要的参考价值。关键词包括离散元模拟、剪切带、砂土、双轴试验以及应变软化，表明这篇论文集中讨论了这些核心概念在砂土力学特性中的应用。