顆粒形態(tài)對砂土抗剪強度影響的試驗和離散元數(shù)值模擬*

朱 遙 劉 春② 劉 輝 黃靨歡 秦 巖 鄧 尚②

(①南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210046，中國) (②南京大學(xué)(蘇州)高新技術(shù)研究院，蘇州 215123，中國)

0 引 言

砂土分布廣泛，是人類工程建設(shè)活動的主要對象之一?？辜魪姸仁巧巴恋闹匾W(xué)指標之一，很多工程實踐活動都與砂土的抗剪強度息息相關(guān)：如道路地基穩(wěn)定性問題(王文，2017)、土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題、建筑物地基承載能力問題等。因此，分析砂土抗剪強度的影響因素，研究砂土抗剪強度的變化規(guī)律，對于指導(dǎo)工程建設(shè)以及保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全有著重大的意義。

黏聚力與內(nèi)摩擦系數(shù)是抗剪強度的評價指標，兩者對抗剪強度影響的作用機理有一定差別(蔣明鏡等，2009)。C.A.Coulomb提出的抗剪強度表達式認為砂土的黏聚力為0，其抗剪強度主要受到內(nèi)摩擦力的影響，內(nèi)摩擦力則是由法向應(yīng)力以及顆粒間的內(nèi)摩擦系數(shù)所決定的。因此，探求砂土顆?？辜魪姸鹊挠绊懸蛩貞?yīng)從砂土顆粒的粗糙程度、顆粒形態(tài)、粒徑及級配等方面進行考慮(劉熙媛等，2017)。

目前對砂土的顆粒形態(tài)的主要研究方式有3種：定量化指標法、試驗方法以及計算機模擬法(高金翎，2013)。對于顆粒形態(tài)的定量化指標法，Cho et al.(2006)基于球形度、棱角度以及粗糙度3個角度對顆粒形態(tài)進行描述；而Bowman et al.(2001)則從數(shù)學(xué)的角度，采用傅里葉變換以及分析理論對砂土的顆粒形態(tài)進行描述，但是砂土的顆粒形態(tài)描述理論從單個顆粒描述到群體顆粒描述以及群體顆粒形態(tài)的分布特征仍不成熟，顆粒形態(tài)的定量化描述目前仍存在著很多的困難。……