何忠明，黃超，劉雅欣，范電華，楊煜

(1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410114；2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)道路災(zāi)變防治及交通安全教育部工程研究中心，湖南長(zhǎng)沙，410114)

粗粒土(顆粒粒徑d在[0.075, 60.000] mm 范圍內(nèi)的質(zhì)量占顆粒總質(zhì)量的50%以上[1])是巖石體受外界環(huán)境影響未完全風(fēng)化的堆積物，因其在壓實(shí)情況下具有壓實(shí)度高、抗剪強(qiáng)度大等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高速公路路堤填筑中。但粗粒土填料初期抗壓性能較差，在外力作用下較易發(fā)生壓縮變形等，且雨水入滲增大了粗粒土路堤的含水率，在一定程度上弱化了路堤土體的抗剪強(qiáng)度，使得粗粒土路堤邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。長(zhǎng)期以來(lái)，為了了解粗粒土的力學(xué)性質(zhì)，人們主要應(yīng)用三軸試驗(yàn)對(duì)粗粒土應(yīng)力、應(yīng)變特性進(jìn)行了研究，如：SWEEREG 等[2]在三軸試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)粗粒土試件軸向應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)與軸向應(yīng)力呈反比；武明[3]利用大型三軸儀器，控制粗粒土的干密度、含水率等參數(shù)對(duì)粗粒土力學(xué)特性進(jìn)行了研究；秦紅玉等[4]通過(guò)大型三軸試驗(yàn)，對(duì)高低圍壓下粗粒土應(yīng)力應(yīng)變、抗剪強(qiáng)度及內(nèi)摩擦角進(jìn)行了對(duì)比分析；胡煥校等[5]通過(guò)大型動(dòng)靜三軸儀器對(duì)粗粒土填料開展試驗(yàn)研究，分析了不同荷載頻率、壓實(shí)度及含水率對(duì)粗粒土填料動(dòng)力特征與損傷演化的影響。上述研究者均利用試驗(yàn)對(duì)粗粒土的力學(xué)性能進(jìn)行宏觀分析，但由于受試驗(yàn)條件、環(huán)境等因素影響，給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)了許多不確定性[6]，試驗(yàn)結(jié)果往往具有較大離散性。近年來(lái)，一些研究者運(yùn)用離散元程序分析粗粒土填料性質(zhì)，如蔣中明等[7]基于粗粒土滲透變形試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用PFC3D軟件對(duì)粗粒土的滲透性演化進(jìn)行了細(xì)觀分析，得出滲流過(guò)程中顆粒的移動(dòng)情況；ERGENZINGER等[8]通過(guò)內(nèi)置Fish語(yǔ)言建立了顆粒間膠結(jié)模型，并提出了顆粒間漸變破壞的離散元模型，模擬粗粒土的三軸壓縮試驗(yàn)；陳建峰等[9]將內(nèi)置的Fish 語(yǔ)言建立的膠結(jié)模型與摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則相結(jié)合，探討了黏性土在三軸壓縮過(guò)程中宏觀力學(xué)強(qiáng)度變化，并對(duì)顆粒之間細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析；蔣明鏡等[10]以粗粒土為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)粗粒土建立膠結(jié)模型，分析了膠結(jié)強(qiáng)度和圍壓等因素下粗粒土的細(xì)觀特性變化。綜上所述，眾多學(xué)者對(duì)粗粒土填料的宏細(xì)觀力學(xué)特性進(jìn)行了研究，但針對(duì)粗粒土填料在荷載和降雨共同作用下的細(xì)觀性能演變規(guī)律還未形成共識(shí)，尤其是粗粒土填料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型無(wú)法對(duì)粗粒土的細(xì)觀力學(xué)特性進(jìn)行合理解釋。為此，本文作者借助三軸試驗(yàn)與數(shù)值仿真模擬對(duì)粗粒土試驗(yàn)的力學(xué)性能進(jìn)行研究，以粗粒土路基填料為研究對(duì)象，采用PFC3D顆粒流軟件，對(duì)靜三軸試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比不同圍壓、壓實(shí)度及含水率條件下室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值仿真的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，驗(yàn)證模型的有效性；最后分析三軸試驗(yàn)過(guò)程中黏結(jié)破壞數(shù)量的發(fā)展，揭示粗粒土細(xì)觀力學(xué)特性的內(nèi)在作用機(jī)理。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在長(zhǎng)沙理工大學(xué)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)儀器為Autotriax 全自動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，型號(hào)為Dynatriax100/14。該設(shè)備靜止豎向位移可達(dá)到100 mm，最大側(cè)壓力為4 MPa，可自動(dòng)采集軸向應(yīng)力-應(yīng)變及體應(yīng)變等相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且能夠自動(dòng)加卸載。該設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)、氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備、三軸室、作動(dòng)器5部分組成，如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)土樣選取

試驗(yàn)材料粗粒土選自湖南省某高速第一合同段，該合同段邊坡土體整體為棕紅色，主要成分為紅壤土和礦物材料，其中紅壤土呈酸性紅色，可塑性較強(qiáng)，其體積占粗粒土總體積的82%；礦物材料主要由碎石構(gòu)成，外表多棱角，孔隙率較大，抗壓強(qiáng)度較高，其中含有部分紅黏土，導(dǎo)致其黏聚力較大。

圖1 Autotriax全自動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Autotriax fully automatic triaxial test system

首先開展常規(guī)的三軸試驗(yàn)，以便了解粗粒土的宏觀力學(xué)特性。在三軸試驗(yàn)中，粗粒土試件為圓柱體，直徑為100 mm，高度為200 mm，根據(jù)JTG E40—2007“公路土工試驗(yàn)規(guī)程”，試樣粒徑不能超過(guò)試件直徑的1/5。本文采用最大粒徑剔除法制作粗粒土試件，剔除粒徑大于20 mm 的粗粒土顆粒，以便于基礎(chǔ)試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)的開展[11]。試驗(yàn)土樣級(jí)配曲線如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)土樣級(jí)配曲線Fig.2 Test sample grading curve

1.3 試驗(yàn)方案的確定

基于以往學(xué)者的研究方案，分別考慮不同含水率(6.8%，8.7%，9.5%)、不同壓實(shí)度(91%，94%，96%)和不同圍壓(0.3，0.6，0.9 MPa)開展試驗(yàn)研究[12-13]。然后，根據(jù)不同圍壓試驗(yàn)結(jié)果確定黏聚力和內(nèi)摩擦角，為PFC3D離散元數(shù)值模擬提供相關(guān)的細(xì)觀參數(shù)。試驗(yàn)方案如表1所示。

表1 不同參數(shù)條件下靜三軸試驗(yàn)加載方案Table 1 Triaxial test loading scheme under different parameters

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線分析

圖3 所示為三軸試驗(yàn)中不同圍壓時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系[14]。由3可以看出：在相同壓實(shí)度、含水率條件下，圍壓越大，同一軸向應(yīng)變所需偏應(yīng)力也就越大，其中圍壓為0.3 MPa的粗粒土試件，當(dāng)偏應(yīng)力僅為1.98 MPa時(shí)，試件的軸向應(yīng)變已達(dá)12%，而圍壓為0.6 MPa 和0.9 MPa 時(shí)的試件則需更大的偏應(yīng)力才能達(dá)到相同的應(yīng)變率；在剪切應(yīng)變初期，試件處于彈性階段，隨著偏應(yīng)力增加，試件過(guò)渡到塑性階段，表現(xiàn)為應(yīng)變硬化；在高圍壓條件下，這種應(yīng)變硬化現(xiàn)象較早出現(xiàn)。其原因是：在剪切變形過(guò)程中，當(dāng)試件壓實(shí)度和含水率相同時(shí)，圍壓越大，對(duì)試件的側(cè)向變形約束力也就越大，從而在一定程度上導(dǎo)致試件產(chǎn)生相同軸向應(yīng)變時(shí)所需要的軸向應(yīng)力越大[15]。

圖3 不同圍壓時(shí)粗粒土試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of coarse-grained soil specimens under different confining pressures

2.2 粗粒土強(qiáng)度參數(shù)標(biāo)定

基于強(qiáng)度理論與極限平衡條件，根據(jù)圖3可以得到不同圍壓下的最大偏應(yīng)力。以12%軸向應(yīng)變對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)力和圍壓之和的一半為圓心，其坐標(biāo)為以抗剪強(qiáng)度的一半為半徑即繪制3 組不同圍壓下的極限應(yīng)力圓，得出該試件的抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線，從而得到抗剪強(qiáng)度。

圖4所示為粗粒土試件極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線，繪制的包絡(luò)線在縱坐標(biāo)上的截距為黏聚力c，包絡(luò)線的斜率f為粗粒土填料內(nèi)摩擦角φ的正切。首先結(jié)合抗剪強(qiáng)度表達(dá)式τf=c+σtanφ及繪制的包 絡(luò) 線 可 知：c=0.317 MPa，tanφ=0.712，φ=35.45°。

圖4 粗粒土試件極限應(yīng)力圓與抗剪強(qiáng)度包絡(luò)線Fig.4 Ultimate stress circle and shear strength envelope of coarse-grained soil samples

此外，也可結(jié)合最小二乘法擬合破壞應(yīng)力點(diǎn)的p-q法進(jìn)行計(jì)算，相關(guān)的公式為：

結(jié)合式(2)和主應(yīng)力之間的關(guān)系式，通過(guò)計(jì)算得出c=0.274 MPa，φ=36.41°。為了準(zhǔn)確求出粗粒土試件的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，取以上2種方法的平均值作為含水率為6.8%的粗粒土試件的黏聚力及內(nèi)摩擦角：c=0.296 MPa，φ=36.32°。考慮到含水率對(duì)粗粒土抗剪強(qiáng)度的影響，采用以上相同的研究方法，得到含水率為8.7%和9.5%時(shí)粗粒土試件對(duì)應(yīng)的黏聚力c分別為0.289 MPa和0.263 MPa，內(nèi)摩擦角為φ分別為35.21°和33.94°，將最終修正后的強(qiáng)度參數(shù)作為數(shù)值模擬的力學(xué)參數(shù)。

2.3 軸向應(yīng)變與體應(yīng)變曲線關(guān)系分析

體應(yīng)變?chǔ)舦為試件初始值與剪切過(guò)程中體積差之比。圖5 所示為不同圍壓下軸向應(yīng)變?chǔ)臿與體應(yīng)變?chǔ)舦的關(guān)系曲線。由圖5可知：隨著圍壓增大，試件由剪脹轉(zhuǎn)為剪縮，其中圍壓為0.3 MPa的試件隨著剪切進(jìn)行表現(xiàn)出先剪縮后剪脹，而圍壓為0.6 MPa與0.9 MPa的試件在剪切過(guò)程中表現(xiàn)為整體剪縮。其主要原因?yàn)椋簢鷫簽?.3 MPa的試件由于圍壓作用較小，在剪切力作用下易發(fā)生翻轉(zhuǎn)和滾動(dòng)，所以，宏觀表現(xiàn)為先剪縮后剪脹；在較高圍壓條件下，試件在剪切過(guò)程中以顆粒間的擠密壓縮為主，試件的橫向膨脹為輔，顆粒間壓縮擠密引起的密度增加量遠(yuǎn)大于橫向試件橫向膨脹變形引起的密度減小量，所以，整體上表現(xiàn)為剪縮；隨著圍壓增大，試件土體的初始彈性模量逐漸增大[16-17]。

圖5 不同圍壓條件下軸向應(yīng)變?chǔ)臿與體應(yīng)變?chǔ)舦的關(guān)系Fig.5 Relationship between axial strain and body strain under different confining pressures

3 數(shù)值模擬試驗(yàn)

3.1 生成試件模型的過(guò)程

采用Gene 生成法，通過(guò)控制制作球形顆粒的粒度、孔隙率和試件尺寸(高度和寬度)等參數(shù)生成三軸試件，生成的模型試件如圖6所示。圖7所示為顆粒間接觸力鏈模型，其中模型尺寸與室內(nèi)三軸試驗(yàn)中試件尺寸相同。

圖6 三軸試件數(shù)值模型Fig.6 Numerical model of triaxial specimen

圖7 顆粒間接觸力鏈模型Fig.7 Numerical model of contact force

樣本顆粒在生成過(guò)程中，若按照試樣級(jí)配生成，則會(huì)在DEM生成器中生成數(shù)百萬(wàn)個(gè)顆粒，嚴(yán)重影響模型計(jì)算速率，且計(jì)算機(jī)內(nèi)存無(wú)法實(shí)現(xiàn)計(jì)算，為此，本文借助加權(quán)平均數(shù)法得出加權(quán)平均顆粒半徑R：

式中：Ri為顆粒平均半徑；Mi為顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Wi為顆粒加權(quán)平均數(shù)。

在利用DEM 生成顆粒流時(shí)，若僅采用最大半徑與最小半徑的比值，則生成不同粒徑的概率相同。依據(jù)加權(quán)平均顆粒半徑R，固定最小半徑計(jì)算最大半徑，即

式中：r=Rmax/Rmin；Rmax為最大顆粒半徑；Rmin為最小顆粒半徑。根據(jù)試算得Wi，即可算出顆粒最大、最小半徑比r。根據(jù)式(4)，本文采用顆粒最小半徑Rmin為0.25 mm 及顆粒最大、最小半徑比r為79.16進(jìn)行顆粒生成[18]。

3.2 細(xì)觀參數(shù)確定

以三軸試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)模擬中細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。由于顆粒流模型無(wú)法直接定義試件的含水率，因此，利用細(xì)觀參數(shù)中的變量來(lái)模擬含水率的變化[19]。許自立[20]以屈服強(qiáng)度為中間變量，得出顆粒間黏結(jié)強(qiáng)度與含水率之間有著密切關(guān)系。本文基于以上研究，通過(guò)Fish 語(yǔ)言編程建立不同壓實(shí)度和含水率的模型。由于抗剪強(qiáng)度參數(shù)會(huì)隨土體含水率的變化而變化，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，采用同一含水率的試件抗剪強(qiáng)度參數(shù)不變，即黏聚力和內(nèi)摩擦角不變，模型法向黏結(jié)強(qiáng)度與切向黏結(jié)強(qiáng)度也相等。

顆粒間接觸采用線性接觸模型，根據(jù)試驗(yàn)所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線、彈性模量等宏觀參數(shù)，對(duì)細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整標(biāo)定，得到一組符合室內(nèi)試驗(yàn)的參數(shù)值：法向接觸剛度Kn=1×108N/m，切向接觸剛度Ks=1×108N/m，顆粒摩擦因數(shù)μ=0.25。

4 計(jì)算結(jié)果分析

4.1 數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

粗粒土試件在不同圍壓、壓實(shí)度及含水率下三軸試驗(yàn)與數(shù)值模擬所得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線分別如圖8～10 所示[21-22]。從圖8～10 可以看出：三者的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)基本一致，最終差值在20%以內(nèi)，由此驗(yàn)證了最終標(biāo)定的細(xì)觀參數(shù)的準(zhǔn)確性及合理性。

圖8 不同圍壓下粗粒土應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.8 Stress-strain curves of coarse grained soil under different confining pressures

圖9 不同壓實(shí)度下粗粒土應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.9 Stress-strain curves of coarse grained soil under different degrees of compaction

圖10 不同含水率條件下粗粒土應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.10 Stress-strain curves of coarse-grained soil under different moisture contents

由圖8 可知：不同圍壓下粗粒土試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化規(guī)律相似，其力學(xué)特性均表現(xiàn)為應(yīng)變硬化，變形分為2 個(gè)階段即彈性階段(εa＜1.3%)和塑性階段(εa≥1.3%)；圍壓越大，試件越早進(jìn)入塑性階段，其彈性階段的曲線斜率越大。3種圍壓下試驗(yàn)曲線最大軸應(yīng)變對(duì)應(yīng)的最大偏應(yīng)力分別為2.21，2.95 和3.41 MPa，而數(shù)值模擬結(jié)果分別為2.44，2.98和3.60 MPa，產(chǎn)生這種誤差的原因主要是顆粒粒徑以及顆粒分布的影響。從細(xì)觀角度分析，粗粒土試件在剪切過(guò)程中隨著圍壓增大，顆粒間咬合作用增強(qiáng)，限制顆粒發(fā)生翻越及滾動(dòng)，達(dá)到與低圍壓相同的變形時(shí)需要更大的偏應(yīng)力。

由圖9 可知：不同壓實(shí)度下粗粒土試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化規(guī)律基本一致，偏應(yīng)力峰值隨著圍壓的增大而增大，其中，對(duì)于壓實(shí)度為91%的粗粒土試件，當(dāng)應(yīng)變率為5.3%時(shí)，試件偏應(yīng)力峰值約為1.71 MPa；對(duì)于試件壓實(shí)度為94%和96%的試件，當(dāng)應(yīng)變率達(dá)到5.3%時(shí)，偏應(yīng)力峰值約為2.25 MPa 和2.61 MPa。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的主要原因是：壓實(shí)度為94%和96%的試件較接近密實(shí)狀態(tài)，而壓實(shí)度為91%的試件在制作壓實(shí)過(guò)程中未達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度，導(dǎo)致其顆粒之間存在較大空隙，隨著荷載次數(shù)增加，顆粒重新排列，細(xì)小顆粒更易被擠壓，重新排列現(xiàn)象更加突出[23]。

由圖10 可知：不同含水率下粗粒土試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化較明顯，其中，含水率為6.8%的試件隨著偏應(yīng)力增加，試件的應(yīng)變率也逐漸增加；對(duì)于含水率為9.5%的粗粒土試件，試驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)軸向應(yīng)變達(dá)到5.13% 時(shí)，偏應(yīng)力最大為1.44 MPa，而數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示試件偏應(yīng)力達(dá)到峰值時(shí)，為1.51 MPa，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變?yōu)?.35%，之后剪切階段試件變形所需偏應(yīng)力逐漸降低，變形逐漸增大，這主要是高含水率條件下粗粒土試件易發(fā)生橫向變形所致。

4.2 黏結(jié)破壞數(shù)量變化分析

黏結(jié)破壞是指采用離散元軟件模擬試件剪切過(guò)程中，當(dāng)顆粒間作用力大于設(shè)定黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)，顆粒間的接觸出現(xiàn)斷裂破壞。離散元中顆粒的黏結(jié)破壞數(shù)量會(huì)隨著剪切試驗(yàn)的進(jìn)行而逐漸增加。通過(guò)分析黏結(jié)破壞數(shù)量變化，可從細(xì)觀角度定量揭示試件軸向應(yīng)變與圍壓、壓實(shí)度及含水率的關(guān)系。

不同圍壓、壓實(shí)度及含水率下黏結(jié)破壞數(shù)量與軸向應(yīng)變之間的變化關(guān)系分別如圖11～13所示。由圖11 可知：在不同圍壓下，顆粒間黏結(jié)破壞數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)具有相似性，在高圍壓下，試件的黏結(jié)破壞點(diǎn)出現(xiàn)較早，應(yīng)變約為0.25%時(shí)黏結(jié)破壞已出現(xiàn)；在低圍壓下，試件因體積縮小而增加的強(qiáng)度小于因黏結(jié)破壞而減小的強(qiáng)度，試件表現(xiàn)為應(yīng)變軟化；在高圍壓下，試件由剪切而產(chǎn)生的強(qiáng)度增加量大于黏結(jié)破壞產(chǎn)生的強(qiáng)度減小量，表現(xiàn)為應(yīng)變硬化。由圖12 可知：壓實(shí)度越大，其黏結(jié)破壞點(diǎn)出現(xiàn)越早，當(dāng)壓實(shí)度為91%時(shí)，黏結(jié)破壞點(diǎn)在應(yīng)變?yōu)?.8%時(shí)出現(xiàn)，但試件在不同壓實(shí)度下的黏結(jié)破壞數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)具有相似性。由圖13可知：在高含水率下，試件的黏結(jié)破壞點(diǎn)較靠前，對(duì)于含水率為9.5%的試件，當(dāng)軸向應(yīng)變?yōu)?.3%時(shí)，黏結(jié)破壞點(diǎn)出現(xiàn)；對(duì)于含水率為6.8%的試件，當(dāng)黏結(jié)破壞點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變?yōu)?.5%。

圖11 不同圍壓下黏結(jié)破壞數(shù)量Ncrack隨應(yīng)變?chǔ)臿的變化關(guān)系Fig.11 Relationship between number of bond failures and strain under different confining pressures

圖12 不同壓實(shí)度下黏結(jié)破壞數(shù)量Ncrack隨應(yīng)變?chǔ)臿的變化關(guān)系Fig.12 Relationship between number of bond failures and strain under different degrees of compaction

在初始階段，試件黏結(jié)破壞數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)較緩，隨著軸向應(yīng)變?cè)龃?，試件中黏結(jié)破壞數(shù)量快速增長(zhǎng)，當(dāng)增加到一定數(shù)量后趨于平緩。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的主要原因是：顆粒間的黏結(jié)破壞具有滯后性，顆粒所受到的外力大于黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)會(huì)發(fā)生黏結(jié)破壞，這也導(dǎo)致試件中先出現(xiàn)微小變形后才出現(xiàn)黏結(jié)破壞；試件在剪切過(guò)程中，首先是試件的中間部位發(fā)生擠壓，出現(xiàn)少量黏結(jié)破壞點(diǎn)，但該階段試件基本能夠保持原本狀態(tài)；隨著剪切的繼續(xù)進(jìn)行，試件由分散的黏結(jié)破壞點(diǎn)演變?yōu)檫B續(xù)的剪切面，其中，當(dāng)連續(xù)的剪切面還未完全出現(xiàn)時(shí)，試件中黏結(jié)破壞數(shù)量劇增；在連續(xù)剪切面出現(xiàn)后，試件中黏結(jié)破壞數(shù)量增長(zhǎng)緩慢，此時(shí)顆粒間的作用力多為殘余應(yīng)力。

5 結(jié)論

1)在三軸剪切試驗(yàn)中，試件的體應(yīng)變?cè)诟邍鷫簳r(shí)表現(xiàn)為整體剪縮，在低圍壓時(shí)表現(xiàn)為先剪縮，后剪脹；不同壓實(shí)度、含水率、圍壓下粗粒土試件應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線及數(shù)值模擬曲線變化規(guī)律基本一致。

2)當(dāng)圍壓越高、含水率越大時(shí)，壓實(shí)度越大，試件中黏結(jié)破壞點(diǎn)出現(xiàn)越早，其剪切面形成越早。

3)試件在彈性階段，由于體積縮小而增加的強(qiáng)度小于黏結(jié)破壞導(dǎo)致的強(qiáng)度減小量；而在塑性階段，試件由剪切而產(chǎn)生的強(qiáng)度增加量大于黏結(jié)破壞產(chǎn)生的強(qiáng)度減小量，顆粒間的黏結(jié)破壞具有滯后性。

4)本文僅對(duì)幾種典型的圍壓、壓實(shí)度、含水率下的粗粒土填料的力學(xué)特性及內(nèi)部黏結(jié)變化進(jìn)行了分析，但在工程實(shí)際中，當(dāng)路基填料處于復(fù)雜的環(huán)境時(shí)，干濕循環(huán)及行車荷載都將影響路基填料的服役性能，因此，在后續(xù)研究中，應(yīng)綜合考慮多種因素對(duì)粗粒土填料力學(xué)性能的影響。