【摘 要】
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颗粒材料作为典型的离散体材料，其力学行为十分复杂。各国学者对颗粒材料开展了大量的研究工作，然而一直未能完全了解其复杂力学行为背后的本质机理。本文将通过理论、试验和数
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颗粒材料作为典型的离散体材料，其力学行为十分复杂。各国学者对颗粒材料开展了大量的研究工作，然而一直未能完全了解其复杂力学行为背后的本质机理。本文将通过理论、试验和数值模拟对颗粒材料的力学行为开展较为深入和系统的研究，探讨颗粒基本性质，如颗粒摩擦和颗粒大小等，以及颗粒材料的结构各向异性对其力学行为影响的本质机理。 通过离散元数值模拟(Discrete Element Method)研究颗粒材料各向异性对不稳定行为发生的影响机理。利用重力沉积法生成具有不同初始结构的数值试样，对所生成的试样开展双轴剪切不排水试验。研究发现，其初始结构的各向异性特征对颗粒材料的不稳定行为有显著影响。不稳态线并非一条仅取决于孔隙比的状态线。与初始状态对比，由颗粒接触法向量所表征的细观结构在不稳定状态点会发生显著的变化，而由颗粒朝向方位向量表征的细观结构并未发生明显改变。研究也同时发现，不稳定状态点处的剪切荷载主要由颗粒接触法向力承担，而颗粒接触切向力仅起次要作用。 利用室内直剪试验研究了颗粒基本性质，如颗粒摩擦和颗粒大小，对一种特殊颗粒材料—玻璃珠的剪切行为和剪胀关系的影响。研究发现，用油浸润的方法能显著降低抗剪强度，削弱其剪胀性。同时，增加颗粒的粒径能增强颗粒材料的剪胀性，提高其抗剪强度。基于试验结果，提出了改进的剪胀关系式。新的剪胀关系式中引入了可变的剪胀系数，以此来考虑颗粒基本性质对颗粒材料剪切行为和剪胀性的影响。
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