壓實黏土二維斷裂試驗方法及PFC模擬研究.pdf

1、黏土具有良好的抗?jié)B性、較高的強度等優(yōu)點，在土質心墻堆石壩中常被用作心墻填料。心墻是土石壩的防滲體，其抗裂性能對大壩安全具有極其重要的意義，隨著高心墻壩的興起，黏土心墻的裂縫問題受到更多的關注。本文依托國家自然科學基金面上項目（編號:51479012）和重慶市研究生科研創(chuàng)新基金（編號:CYS16180），從斷裂力學角度出發(fā)，在總結傳統(tǒng)斷裂相關試驗方法基礎上，結合斷裂力學理論開展了適用于壓實黏土的二維斷裂試驗方法研究。并采用離散元PFC數值

2、方法進行了壓實黏土的二維斷裂的數值仿真試驗，分別從宏細觀層面研究了壓實黏土在拉伸、剪切、拉剪、壓剪應力狀態(tài)下的斷裂特性。具體研究內容和結論如下:
　　(1)從試樣結構形式、加載方式、監(jiān)測手段等方面入手，設計了適用于壓實黏土的二維斷裂試驗裝置。試驗試樣采用單邊裂縫長方體試樣，加載設備采用WDW-100微機伺服控制電子萬能材料試驗機，采用VIC-3D非接觸全場應變測量系統(tǒng)進行斷裂過程中試樣裂縫的擴展過程、張開位移等監(jiān)測。根據二維斷裂中

3、拉伸、剪切、拉剪和壓剪四種應力狀態(tài)下的裂紋尖端受力狀態(tài)，分析了四種應力狀態(tài)下的應力強度因子。
　　(2)對PFC中線性接觸模型中的細觀參數進行敏感性分析，研究了線性接觸模型中的細觀參數對宏觀力學特性的影響。采用GDS動三軸試驗系統(tǒng)進行黏土的固結排水三軸試驗，獲得了黏土的宏觀物理力學參數。參照細觀參數與宏觀力學特性間的關系，采用PFC雙軸數值試驗進行了細觀參數標定，得到了與黏土宏觀物理力學參數吻合較好的線性接觸模型的PFC細觀參數。

4、
　　(3)基于二維斷裂試驗方法，建立了相應的拉伸斷裂PFC數值模型和剪切斷裂PFC數值模型。采用離散元數值方法，研究了拉伸斷裂和剪切斷裂兩種基本斷裂形式的斷裂破壞過程，分析了初始裂縫長度、初始裂縫寬度、加載速率以及試樣尺寸等因素對兩種基本斷裂形式的宏觀斷裂特性、裂縫擴展過程及斷裂破壞形態(tài)的影響。
　　(4)基于二維斷裂試驗方法，建立了相應的拉剪斷裂PFC數值模型和壓剪斷裂PFC數值模型。采用離散元數值方法，研究了這兩種復合