基于PFC2D的冻融循环作用下冰碛土微观损伤研究
刘佳诺1
李明俐1
姜元俊2
程建龙1
何佳敏3
宋恒鹏3
郑海君1
1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 6100592.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川 成都 6100413.四川巨生建设工程有限公司,四川西昌 615700
摘要：为探究冻融循环作用下冰碛土性质劣化的微观损伤机制,基于离散元理论提出一种通过水颗粒膨胀实现土体冻融损伤模拟的方法.利用颗粒流软件PFC2D模拟三轴压缩试验,结合室内试验结果对比分析,在模拟冰碛土的力学性质变化方面显示出高度的准确性和可靠性,揭示了冻融冰碛土受载时微裂隙、位移场和力链场的演化过程与破裂特征.结果表明:(1)试样冻融过程中微裂隙呈由四周产生并逐渐向中间扩展的"累计演化"趋势,其中张拉微裂隙占据主导地位,在冻融前期(2～5次)颗粒间以水平挤压为主从而大量发育偏90°倾向张拉微裂隙;(2)冻融作用引起的冰碛土性质劣化在冻融前期(2～5次)尤为明显,粘聚力c随冻融次数N的增加呈负指数函数递减规律,而内摩擦角φ呈小幅波动态势;(3)试样受载过程中剪切微裂隙占据主导地位,微裂隙发育呈"慢→陡→缓"趋势演化,根据其裂隙演化特点,将加载过程的应力-应变曲线划分为4个变形阶段;(4)冻融后试样受载时减速斜率转换点B移动到峰值应力点C之前,说明B点在微裂隙扩展-贯通-形成破坏过程中可以作为"前兆特征";冻融20次试样受载时破坏程度更剧烈且形成明显剪切破坏带.
关键词：冰碛土离散元PFC2D冻融循环微观损伤破裂演化三轴压缩工程地质学
分类号：P642(水文地质学与工程地质学)
资助基金：四川省科技计划项目(Nos.2025YHNH0008)四川省科技计划项目(YFNH0004)地质灾害与环境保护国家重点实验室自由探索课题项目(No.SKLGP20233006)成都理工大学中青年骨干教师发展资助计划(No.10912-SJGG2022-07282)
论文发表日期：2025-10-30
在线出版日期：2025-11-11（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 4137-4154 )
英文信息