土体Ⅰ型断裂韧度试验及数值模拟研究

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ASky2009
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过去关于土体强度的研究主要针对抗压强度和抗剪强度开展,随着工程建设的发展,土体断裂破坏的情况时有所见。为满足工程实践的需要,土体断裂韧度测试以及土体裂缝的数值模拟研究受到越来越多的重视。本文在前人研究的基础上,通过室内试验和数值模拟,研究了土体Ⅰ型断裂的破坏过程,得到如下结论:(1)干密度和含水率对黏土的Ⅰ型断裂韧度有显著影响,在含水率固定时,土体断裂韧度随干密度的增加而近于线性增大;在干密度固定时,随着含水率的增加,土体断裂韧度先增大后减小,断裂韧度与含水率之间的关系基本符合高斯函数。(2)扩展有限元可以较好地模拟土体Ⅰ型断裂及裂缝的扩展;在试样断裂破坏过程中,裂纹周围会形成一个“Ω”形的横向拉应力场,试样的位移场呈对称分布;初始裂纹的长度越小,试样的抗断裂能力越强;初始裂纹的偏心距越大,试样的承载能力越强;在不同起裂准则下,裂纹的扩展方式不同。(3)离散元法也可以较好地模拟土体Ⅰ型断裂韧度的室内试验;在加载过程中,裂纹端部和三个受载点附近会产生应力集中的现象,位移场呈现出一定的不对称性;含有三角形初始裂纹的试样抗断裂能力弱,随着初始裂纹与试样底边所呈角度和初始裂纹长度的增大,试样的抗断裂能力减弱,随着初始裂纹偏心距离的增加,试样的抗断裂能力增强;平行粘结抗拉强度对推杆的峰值荷载影响最大,有效模量、平行粘结有效模量等参数会影响推杆荷载—位移曲线的形状。(4)在土体Ⅰ型断裂韧度试验的数值模拟中,ABAQUS软件的建模流程相对简单,设定的初始裂纹起裂准则也更为合理。但是,ABAQUS计算得到的裂纹扩展路径、位移场云图不如PFC软件计算得到的结果合理;就初始裂纹长度、偏心距离对试样Ⅰ型断裂特性的影响而言,ABAQUS软件、PFC软件计算得到的结果相近,说明总体上,两种方法的计算结果具有一致性。
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