近日,我院张伏光博士作为第一作者,在国际久久天天插期刊《European Journal of Environmental and Civil Engineering》和国内久久天天插期刊《岩土工程学报》上发表系列科研论文“Do the normal compression lines of cemented and uncemented geomaterials run parallel or converge to each other after yielding?”、“不排水循环荷载条件下胶结砂土宏微观力学性质离散元模拟研究”。上述论文系统研究了胶结砂土在等向压缩、不排水循环剪切等加载条件下的宏微观力学特性及其关联特征。

天然胶结砂土广泛分布于自然界中,其中胶结物质主要来源于方解石、二氧化硅、氧化铁及黏土矿物等的沉积。此外,水泥混合、化学灌浆、微生物诱导钙质胶结等地基处理方法均可以在砂土颗粒间形成胶结物质,可称为人工胶结砂土。在荷载作用下,胶结砂土宏观力学响应明显不同于无胶结砂土,本质在于其微观结构特征存在差异:在受荷过程中,胶结砂土内部粒间胶结发生破损,接触组构产生变化,宏观力学性质随之发生改变。然而,传统的土力学理论和土体本构模型均是在无胶结土试验结果的基础上建立起来的,并未考虑结构性这一重要因素的影响。沈珠江院士指出,土体结构性数学模型是二十一世纪土力学的核心问题。因此,深刻认识胶结砂土在不同加载条件下的宏微观力学性质演变规律及其关联特征,可为构建具有微观力学机制的结构性本构模型奠定理论基础,从而为考虑土体结构性的结构物的设计、地基加固等提供依据。

鉴于此,通过对胶结砂土进行等向压缩、不排水循环剪切三维离散元数值试验,深入分析了不同胶结含量、胶结强度及分布方式、初始孔隙比等对等向压缩线的影响,探究了不同循环应力比及胶结含量对砂土抗液化性能的影响,并从微观尺度对其内在机理进行揭示。结果表明:在等向压缩过程中,胶结破坏和颗粒破碎的相互作用决定了胶结砂土和无胶结砂土等向压缩线的相交或平行关系:对于弱胶结-强颗粒情况,两线平行,而对于强胶结-弱颗粒情况,两线相交。另外,在胶结砂土初始液化发生之前,随循环应力比增加,试样内部胶结破坏更为剧烈,力学配位数下降速率更快,颗粒和胶结弹性能更快地趋向于0,颗粒摩擦耗能、弯转耗能、扭转耗能更快地达到最大值,而破坏胶结接触点、胶结接触点和无胶结接触点法方向的空间分布更快地趋向于各向同性性质。

(a)

(b) 

等向压缩条件下微观力学性质及演变规律

 

(a)

(b)

不排水循环剪切条件下微观力学性质及演变规律