考慮顆粒破碎的鈣質砂修正鄧肯-張E-B模型*

曾凱鋒 劉華北

(華中科技大學土木工程與力學學院， 武漢 430074， 中國)

0 引 言

鈣質砂通常是指富含碳酸鈣或其他難溶碳酸鹽類物質的特殊介質，是海洋沉積物的一種，廣泛分布于我國南海諸島附近，其特殊的形成環(huán)境導致其顆粒疏松多孔、形狀不規(guī)則、易發(fā)生破碎(劉崇權等， 1995； 汪稔等， 2019)。而由于顆粒破碎的存在，鈣質砂的力學性質與普通陸源砂有很大差異。

現(xiàn)今，在顆粒破碎對巖土材料力學性質影響方面，國內外學者進行了大量的試驗研究。吳京平等(1997)對鈣質砂進行了三軸剪切試驗，發(fā)現(xiàn)顆粒破碎將使得鈣質砂剪脹性減小，體積收縮應變增大，峰值強度降低。Jia et al. (2017)發(fā)現(xiàn)顆粒破碎改變了堆石料的結構，并且對其剪脹性、摩擦角、強度、滲透性以及在地震荷載下的變形有較大的影響。陳火東等(2018)發(fā)現(xiàn)顆粒破碎使鈣質砂體應變從剪脹逐漸發(fā)展到剪縮，且使得鈣質砂峰值摩擦角減小，抗剪強度降低。由于顆粒破碎對材料的強度和變形有很大的影響。徐永福(2018)采用離散單元軟件PFC2D模擬了考慮顆粒破碎影響的粗粒土的直剪試驗，發(fā)現(xiàn)顆粒破碎對剪切強度的破碎準則有影響，顆粒破碎試樣的強度包絡線是冪函數(shù)關系。因此使用本構模型來模擬易碎材料的行為時，顆粒破碎是一個不可忽略的因素。

目前，將顆粒破碎考慮進本構模型的方法主要有以下幾種：(1)通過考慮顆粒破碎來修正塑性硬化和剪脹關系。如：Sun et al. (2007)基于劍橋模型，考慮了顆粒破碎對等向壓縮變形、應力-剪脹方程和剪切強度特性的影響，提出了一種用于顆粒材料的彈塑性本構模型。……