砂土的非共轴微观机制与细宏观数值仿真分析技术

砂土的一个主要力学特性就是非共轴性，它在现代土力学中占有重要的地位。将砂土的非共轴宏观本构理论，与其微观结构联系起来，是目前土力学研究的热点与前沿问题之一。本课题拟从室内试验、微观模型和离散元数值模拟着手，以砂土的各向异性为立足点,对砂土的非共轴微观机制与复杂岩土工程的细宏观数值仿真技术进行研究。首先对几种砂土进行宏微观力学试验研究；接着在试验资料的基础上，建立各向异性砂土颗粒的微观力学模型；再将该模型引入到离散元程序中；然后运用离散元程序，模拟各种室内试验，弄清各向异性砂土非共轴特性的微观机制；再建立基于微观机制的各向异性砂土非共轴宏观本构理论，编制相应的有限元程序；最后用离散元程序与有限元程序模拟桩基、基坑工程与隧道工程，并与已有的试验资料进行对比与分析。本课题研究成果具有较高的学术和工程应用价值，将使我国在这方面的研究处于国际前沿。

砂土的一个主要力学特性就是非共轴性，它在现代土力学中占有重要的地位。将砂土的非共轴宏观本构理论，与其微观结构联系起来，是目前土力学研究的热点与前沿问题之一。本课题从室内试验、微观模型和离散元数值模拟着手，以砂土的各向异性为立足点,对砂土的非共轴微观机制与复杂岩土工程的细宏观数值仿真技术进行研究。首先采用传统的微观结构参数测试技术与离散元数值试验相结合的方法，揭示了级配相同的典型砂样的结构形态差异；并通过空心圆柱试验初步揭示了砂土的非共轴机制；接着在试验资料的基础上，建立了各向异性砂土颗粒的微观力学模型；再将该模型引入到离散元程序中；然后运用离散元程序，实施了双轴试验、不排水主应变旋转、单剪试验等数值试验，进一步揭示了各向异性砂土非共轴特性的微观机制；并通过数值试验探讨了既有双剪类运动模型中转动率参量假定的合理性；验证了课题负责人提出的DSR2模型研究砂土非共轴特性的可行性；研究表明：颗粒长短轴比例对非共轴特性的影响较颗粒表面的颗粒粗糙程度更为强烈，且长短轴比例越大，非共轴现象越明显。本课题研究成果具有较高的学术和工程应用价值，将使我国在这方面的研究处于国际前沿。