基于颗粒力学作用机制的土构度定量化研究

Grain size, humidity, density and structure of soil (structural index) is the inherent nature of soil, and there has been no unified constitutive degrees of quantitative indicators. From the most fundamental factor of composition of soil structural arrangement and cementation, the two aspects, this project proposes a series methodology , including using different particle sizes of multiple groups of different distribution arrangement, experimental study on several kinds of particles arranged sample, and used to calibrate the parameters of PFC, then calculate more granule group and the arrangement form, and the mechanical behavior of different particles are arranged in the shape of specimen, the quantitative influence on mechanical properties. On this basis, the sample of known with the above arrangement, carries on the different conditions of cementation with physical mechanics test, the types of cementing material (intensity), cementation and place dimension and the influencing factors of cementing effect on the mechanical properties of soil, puts forward the quantitative standard of cementation, application of PFC based on permutation (including different particle shape at the same time), and a quantitative simulation cementation, the arrangement and cementation effect on mechanical properties of mechanism, establishing comprehensive considering particle arrangement and cementation of structure index. Because of considering the concept of small (micro) mechanism between particles interactions, there may provide a new way of thinking for conducting an quantitative indicator for soil structure.

土的粒度、湿度、密度和构度（结构性指标）是土的固有属性，而构度一直没有统一的定量化指标。本项目从构成土结构性的最根本因素¬——排列和胶结两个方面入手，用不同粒径的多个粒组的不同分布排列，对几种颗粒排列的试样试验研究，并用来标定PFC参数，进而计算分析更多粒组和排列形式，以及不同形状的颗粒排列试样的力学行为，定量化排列对力学性质的影响。在此基础上，对已知具有上述排列的试样，进行不同胶结条件的物理力学试验，研究胶结物质种类（强度）、胶结处尺寸、影响胶结的因素等对土力学性质的影响，提出胶结作用的量化标准，应用PFC通过对排列（同时包括不同颗粒形状）和胶结作用进行量化模拟，研究排列和胶结对力学性质影响的机制，构建考虑颗粒排列和胶结的综合构度指标。因为考虑了颗粒之间的细（微）观作用机制，可为构度指标定量化提供一个新思路。

土构度(结构性指标)是土的固有属性，而构度一直没有统一的定量化指标。本项目从构成土结构性的最根本因素——排列和胶结两个方面入手，用不同粒径的多个粒组的不同排列，对几种颗粒排列的试样进行试验研究，并用来标定颗粒流（PFC）计算参数，进而计算分析更多粒组和排列形式，以及不同形状的颗粒排列试样的力学行为，定量化排列对颗粒材料力学性质的影响。在此基础上，对已知具有上述排列的试样，进行不同材料胶结的物理力学试验，研究胶结物质种类(强度)、胶结量大小、影响胶结的因素等对颗粒材料（土）力学性质的影响，提出胶结作用的量化标准，应用PFC通过对排列(同时包括不同颗粒形状)和胶结作用进行量化模拟，研究排列和胶结对力学性质影响的机制，目标是构建考虑颗粒排列和胶结的综合构度指标。因考虑了颗粒之间的细(宏)观作用机制，可为构度指标定量化提供一个新思路。.通过不同排列球体颗粒、砂颗粒的试验，揭示了砂颗粒试样强度可以分解为剪切面上不同粒组面积的加权值，这一结果将用粗颗粒试验进行进一步验证。对具有胶结的一定排列试样的试验结果，可以认为峰值之前的部分主要为胶结的贡献，峰值以后主要为颗粒排列（摩擦和嵌固）的贡献，分别研究排列和胶结随不同颗粒大小、排列、胶结量、围压等因素的变化规律，为同一试样的颗粒排列和胶结贡献的定量化提供新思路和新途径。在此项目的推进时，进一步萌生了一个新的思路，颗粒与液桥的相互作用机理及在非饱和土吸力影响分析中的应用，将是对该结题基金项目在非饱和土方向的补充和完善。