蘭 鑫，侯天順，楊 艷，張亞飛

(西北農(nóng)林科技大學 水利與建筑工程學院，陜西 楊凌 712100)

EPS(Expanded Polystyrene，EPS)顆?；旌陷p量土作為輕質(zhì)土的一種，是由發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)顆粒、原料土、水泥和水按照一定比例均勻混合攪拌壓實而成的新型輕質(zhì)土工材料[1,2]。由于輕量土具有輕質(zhì)高強、緩沖性、施工工藝簡單、強度和密度可調(diào)節(jié)、廢物再生利用等優(yōu)良特性，其作為工程填料，廣泛應用于鐵路、公路、碼頭、橋頭等方面[3～5]。這些基礎設施在建設使用過程中，交通荷載、地震荷載等作用對構(gòu)筑物造成了較大的破壞，嚴重影響了基礎設施的安全性、適用性和耐久性，因此不可忽視動力荷載因素對材料的作用，對EPS顆?；旌陷p量土動力特性的研究存在必要性[6～8]。

目前對于EPS顆?；旌陷p量土動力特性方面的研究主要依靠室內(nèi)動三軸試驗。高玉峰等[9～11]通過室內(nèi)動三軸試驗研究了輕質(zhì)土在動荷載作用下的變形特性，發(fā)現(xiàn)輕質(zhì)土的動應力-應變骨干曲線具有雙曲線形態(tài)。當動應變相同時，隨著固結(jié)圍壓、振動頻率、水泥摻量和試樣養(yǎng)護齡期的增大，輕質(zhì)土的阻尼比減小而動應力增大，在相同的動應力作用下，動應變隨著固結(jié)圍壓、振動頻率、水泥摻量和試樣養(yǎng)護齡期的增大而減小。王庶懋等[12～14]基于砂土與EPS顆粒混合的輕質(zhì)土動三軸試驗結(jié)果，建立了與水泥摻量、圍壓等因素相關的割線剪切模量Gsec的經(jīng)驗衰減模型。他發(fā)現(xiàn)割線剪切模量與動應變呈雙曲線關系，與圍壓為指數(shù)關系，由于水泥膠結(jié)的約束作用，割線剪切模量對圍壓的依存度隨水泥摻量的增加而減小。Gao等[15,16]利用EPS顆?；旌陷p質(zhì)土空心圓柱試件進行復合軸扭轉(zhuǎn)試驗，研究了復合應力路徑下的動力特性，發(fā)現(xiàn)EPS顆粒混合土受混合比和初始應力狀態(tài)的影響具有動態(tài)非線性特性。EPS顆粒含量對EPS顆?；旌贤恋某跏技羟心Ａ亢途€彈性階段的循環(huán)應力-應變曲線影響不大，增大水泥摻量可以有效地提高EPS顆?；旌贤恋膭訌姸?。

在基于離散元軟件進行三軸試驗細觀層次研究方面，李識博等[17,18]利用PFC3D軟件建立黃土三軸試驗模型，探討黃土三軸剪切過程中的細觀變化，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模型中細觀參數(shù)與宏觀彈性模量、泊松比及破壞強度有密切的聯(lián)系，如試樣彈性模量取決于法向剛度kn，泊松比取決于剛度比kn/ks(ks為切向剛度)，破壞強度取決于摩擦系數(shù)，且位移場和接觸應力場的變化規(guī)律與室內(nèi)三軸試驗宏觀現(xiàn)象較一致。蔣應軍等[19]基于PFC2D軟件構(gòu)建了級配碎石動三軸試驗數(shù)值模型，通過數(shù)值模擬分析了試驗條件及其細觀力學參數(shù)對骨干關系的影響規(guī)律，提出了離散元模擬的試驗條件和微力學參數(shù)標定方法。金磊等[20～22]進行了不同含石量的土石混合體大三軸試驗數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)隨著含石量的增加，試樣破壞強度、殘余強度、彈性模量和破壞應變逐漸增大，剪縮性減小，剪脹性增強。Michael等[23,24]在考慮顆粒尺寸分布和初始相對密度的條件下，建立土工格柵數(shù)值模型，并結(jié)合室內(nèi)三軸試驗，研究了粒狀材料的雙軸土工格柵試件的應力-應變特性。根據(jù)土體和土工格柵的相互作用，該模型可用于分析土工格柵試件穩(wěn)定性連鎖效應。

通過諸多學者對EPS顆?；旌陷p量土動力特性的研究，發(fā)現(xiàn)EPS顆粒混合輕量土的應力傳遞、裂隙發(fā)展、剪切破壞和承載能力等方面與一般的均質(zhì)土體存在一定差異，而產(chǎn)生這種差別很大程度上依賴于輕量土內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，如顆粒分布排列、運動位移、接觸摩擦等。利用PFC3D離散元軟件數(shù)值模擬，從細觀層面上探究EPS顆粒與土顆粒間的相互作用機制，與宏觀力學響應相結(jié)合，能夠更深入地揭示輕量土特殊的力學特性與變形破壞特征。因此探究其動力變形細觀機理尤為重要，但目前國內(nèi)外罕見對EPS顆?；旌陷p量土細觀層面的研究。

基于此，本文開展EPS顆?；旌陷p量土室內(nèi)動三軸試驗，并利用PFC3D離散元軟件建立相應數(shù)值模型。通過對比數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗的滯回曲線，論證數(shù)值建模的可行性。通過分析EPS顆粒混合輕量土摩擦系數(shù)、剛度比和黏結(jié)強度等細觀參數(shù)對骨干曲線的影響規(guī)律，以及試樣的接觸力分布圖、位移場，將細觀機理與宏觀特性相結(jié)合，闡明EPS顆?；旌陷p量土動力變形特性的本質(zhì)，為輕量土的工程應用提供理論參考。

1 輕量土室內(nèi)動三軸試驗

1.1 試驗材料

試驗的黃土取自陜西楊凌地區(qū)，呈黃褐色，屬于低液限粉質(zhì)黏土。根據(jù)輕型擊實試驗，試驗用土的最優(yōu)含水率wop=20.51%，最大干密度ρd=1.69 g/cm3，基本物理性質(zhì)指標如表1所示。本次試驗采用輕質(zhì)材料為EPS顆粒，粒徑3～5 mm，堆積體密度為0.0087 g/cm3，純顆粒密度為0.0138 g/cm3。固化劑采用復合硅酸鹽水泥，強度等級32.5，純顆粒密度為3.12 g/cm3。水為普通自來水。

表1 楊凌黃土的基本物理性質(zhì)指標

1.2 試樣制備

在制備試樣時，按計算比例將原料土與水泥混合，加水攪拌至泥漿狀，稱取EPS顆粒摻入并充分攪拌使其混合均勻。然后填入直徑39.1 mm，高80.0 mm，內(nèi)壁套有一層保鮮袋的三瓣模中，并盡可能搗實，保證試樣密實度一致。在標準養(yǎng)護箱(溫度20±2 ℃，濕度>95%)中養(yǎng)護24 h后脫模，并繼續(xù)養(yǎng)護至28 d齡期。將試樣抽真空1 h，并浸水24 h，使試樣飽和后進行動三軸試驗。

1.3 試驗方案

試驗采用STD-20型土動三軸試驗機，試樣高為80.0 mm，直徑為39.1 mm，EPS顆粒摻量為1.26%(體積比為50%)，水泥摻量為15%，含水率為50%(均以干土的質(zhì)量為基準)。分別按照50，100，150，200 kPa的固結(jié)應力施加圍壓，對試樣進行排水固結(jié)，固結(jié)應力比Kc=1.0。固結(jié)結(jié)束后，進行不排水動三軸試驗，施加正弦波循環(huán)荷載，動剪應力比取0.075，振動頻率為1 Hz，逐級加荷，每級振動10次，采用應力控制式，以軸向應變達到5%為破壞標準。

1.4 試驗結(jié)果

滯回曲線表達了試樣在動力荷載作用下的動應力-應變關系，實時地反映了試樣在振動過程中的變化情況，體現(xiàn)出試樣的動力特性。由于在輕量土中摻加了15%的水泥固化劑，試樣整體剛度較大，抵抗變形能力強。在動力試驗過程中，當施加壓應力時，輕量土試樣表現(xiàn)出一定的強度，當由壓應力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚r，試樣不會被拉伸，導致與振動軸分離不接觸，因此所得滯回曲線僅有壓應力部分。由圖1可知：(1)滯回曲線反映了動應變對動應力的滯后性，隨著動應力幅值的增大，滯回圈更加“飽滿”，寬度和面積加大，說明動應變滯后于動應力的相位增大；(2)隨著逐級加荷的增大，滯回圈動應力峰值與所對應的軸向應變不斷增大，直至試樣破壞，說明輕量土具有應變硬化特性；(3)在作用較大的動荷載時，輕量土中塑性變形的出現(xiàn)使滯回曲線的動應力發(fā)展變緩，滯回曲線的中心點逐漸向應變增大方面移動，說明輕量土具有應變累積性。

圖1 不同圍壓下EPS顆?；旌陷p量土室內(nèi)動三軸試驗滯回曲線

2 輕量土動三軸試驗數(shù)值建模

2.1 力學原理

與連續(xù)介質(zhì)力學方法不同，PFC(Particle Flow Code)介質(zhì)的基本構(gòu)成為顆粒，從細觀結(jié)構(gòu)角度研究介質(zhì)的力學特性和行為。PFC中的顆粒為剛性體，但在接觸部位允許重疊，以模擬顆粒之間的接觸力。在計算過程中，允許顆粒發(fā)生有限的位移、旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)內(nèi)部可以自動辨識新的接觸，結(jié)合牛頓第二定律，將顆粒間的力學關系處理成顆粒的運動方程和接觸的力-位移方程。當顆粒間的接觸關系發(fā)生變化時，通過接觸力傳遞影響顆粒的運動，顆粒更新位置產(chǎn)生新的接觸，周而復始，介質(zhì)的宏觀力學特性受到影響，因此介質(zhì)內(nèi)顆粒接觸狀態(tài)的變化決定了介質(zhì)的本構(gòu)關系，如圖2所示。

圖2 離散元方法計算循環(huán)圖示

2.2 建立模型

建立圓柱形(Cylinder)墻體和上下兩個加載板，模擬動三軸試驗三軸室，以約束散體材料，初始尺寸高為80.0 mm，直徑為39.1 mm，如圖3a所示。然后建立不同級配的土顆粒和EPS顆粒組(Group)，使其均勻分布，構(gòu)成EPS顆?；旌陷p量土骨架體系，如圖3b所示，其中黃色顆粒表示土顆粒，灰色顆粒表示EPS顆粒。顆粒材料為剛性材料，顆粒之間采用接觸黏結(jié)模型，以模擬黃土的黏聚力和水泥的固化膠結(jié)作用。

在整個計算過程中，用球形顆粒的位移運動來模擬室內(nèi)動三軸剪切過程中土和EPS顆粒的運動變化情況。通過伺服機制對試樣施加圍壓，待邊界條件達到指定圍壓，則對上下加載板不再伺服控制。加載過程中，控制上下加載板的運動速度為正弦波形式，實現(xiàn)循環(huán)加載，試樣的動應力為顆粒與加載板接觸所作用的力除以板的面積，軸向應變?yōu)榧虞d板的相對位移除以試樣的初始高度。

圖3 輕量土動三軸數(shù)值模型

3 細觀參數(shù)分析

EPS顆粒混合輕量土是一種結(jié)構(gòu)性土，其抗剪強度主要取決于顆粒間的黏結(jié)力、摩擦力和咬合力。在模擬過程中，采用控制變量法，通過定義不同顆粒組摩擦系數(shù)、剛度比、黏結(jié)強度等細觀參數(shù)，賦予模型材料屬性，以細觀參數(shù)反映材料的宏觀力學特性，探究不同細觀參數(shù)的變化對破壞強度的影響規(guī)律，分析其對宏觀力學特性的作用機理。

3.1 摩擦系數(shù)

摩擦系數(shù)μ反應了顆粒運動的阻尼，是模型內(nèi)部顆粒間的摩擦效應。顆粒法向剛度取3.0×108N/m，切向剛度取1.0×108N/m，法向和切向接觸粘結(jié)強度均取3.0×108N/m，通過分別改變EPS顆粒和土顆粒的摩擦系數(shù)，得到100 kPa圍壓下輕量土模型的骨干曲線，探究兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系。

從圖4可以看出，不同摩擦系數(shù)下的骨干曲線變化趨勢相近，隨著摩擦系數(shù)的增大，骨干曲線的破壞強度不斷增長。在整個試樣模型中，共有土-土顆粒、土-EPS顆粒、EPS-EPS顆粒、土顆粒-墻體、EPS顆粒-墻體五種接觸類型，由于土顆粒體積占比為50%且粒徑小，所以大量分布于整個試樣模型內(nèi)。土顆粒的摩擦系數(shù)由0.1增加到0.2，0.4，0.8時，相應會增大模型內(nèi)部土-土顆粒、土-EPS顆粒、土顆粒-墻體三種接觸的摩擦系數(shù)，這三種接觸遍布試樣內(nèi)部，使顆粒運動阻尼效應增大，整體提升試樣的抗剪強度。以土顆粒摩擦系數(shù)為0.1所對應的破壞強度為標準，破壞強度分別提高了16.71，23.12，42.97 kPa，相對強度增長率為31.46%，43.53%，80.91%。

圖4 不同摩擦系數(shù)下的動三軸數(shù)值模擬骨干曲線

同理增大EPS顆粒的摩擦系數(shù)時，模型內(nèi)EPS-EPS顆粒、EPS-土顆粒、EPS顆粒-墻體三種接觸的摩擦系數(shù)也隨之增大，使試樣破壞強度分別提升了14.86，21.48，31.90 kPa，相對強度增長率為27.98%，40.44%，60.06%。由于EPS顆粒粒徑大、數(shù)量少，增大EPS顆粒的摩擦系數(shù)時，破壞強度的增長效果沒有增大土顆粒摩擦系數(shù)時顯著。

表2 不同摩擦系數(shù)下的破壞強度統(tǒng)計

3.2 剛度比

材料剛度比kn/ks反映了顆粒在法向和切向抵抗變形的能力。在摩擦系數(shù)取0.4，法向與切向接觸粘結(jié)強度取3.0×108N/m，切向剛度不變的前提下，分別改變顆粒的剛度比，得到100 kPa圍壓下輕量土模型的骨干曲線(圖5)，探究二者對試樣的影響規(guī)律。

從圖5可知，隨著顆粒剛度比的增加，數(shù)值試樣的破壞強度均出現(xiàn)逐漸增長的變化趨勢，破壞強度所對應的軸向應變不斷減小。在土顆粒切向剛度不變的前提下，土顆粒剛度比從1.0分別增加到2.0，3.0，4.0，所對應的數(shù)值試樣破壞強度從68.03 kPa增加到68.17，74.06，76.69 kPa，分別增加了0.21%，8.86%，12.73%，小幅提高了試樣初始彈性模量。這是由于土顆粒切向剛度不變，法向剛度增大，在顆粒接觸擠壓的過程中，顆粒切向抵抗變形的能力變強，提升了試樣整體剛度，使試樣整體抗剪強度有所提高，破壞強度對應的軸向應變減小，初始彈性模量略有增大。

圖5 不同剛度比下的動三軸數(shù)值模擬骨干曲線

同理，保持EPS顆粒切向剛度不變，增大法向剛度，破壞強度分別增大了10.13%，16.29%，24.97%，破壞強度對應軸向應變分別減小到3.08%，2.75%，2.68%。相較于土顆粒，EPS顆粒的剛度比對試樣的破壞強度影響更大，二者對初始彈性模量影響相近。這是由于在試樣中，EPS顆粒體積比土顆粒大很多，且體積占比達到50%，當改變EPS顆粒剛度比時，相比于土顆粒，對試樣整體結(jié)構(gòu)影響更大，使破壞強度增加更多，破壞強度對應軸向應變減小更顯著。不同剛度比下的破壞強度統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表3 不同剛度比下的破壞強度統(tǒng)計

3.3 接觸粘結(jié)強度

在EPS顆?；旌陷p量土試樣中，原料土為黏性土，具有一定的粘聚力，且其中有15%含量的水泥，均勻散布在試樣內(nèi)，經(jīng)過水泥的水解水化反應，在顆粒之間形成了較強的膠結(jié)作用，使試樣具有了一定的“結(jié)構(gòu)性”。在PFC3D數(shù)值模擬過程中，建立接觸的法向粘結(jié)強度n_b和切向粘結(jié)強度s_b來反應試樣內(nèi)土體的粘聚力和水泥的膠結(jié)作用。顆粒摩擦系數(shù)取0.4，法向剛度取3.0×108N/m，切向剛度取1.0×108N/m，通過探究100 kPa圍壓下，不同接觸粘結(jié)強度數(shù)值試樣的骨干曲線，分析粘結(jié)強度對試樣抗剪強度的貢獻。

由圖6可知，不同粘結(jié)強度下試樣的骨干曲線變化趨勢基本一致，呈應變硬化型，隨粘結(jié)強度的增大，試樣破壞強度顯著增大。當粘結(jié)強度增大時，相應的破壞強度分別增加了8.09，31.11，39.13 kPa，增長率為11.97%，46.03%，57.90%，可見粘結(jié)強度對試樣的抗剪強度有較大影響。在模擬過程中，增大顆粒間的粘結(jié)強度，對應于室內(nèi)試驗中改變試樣的配比，增大水泥的摻入比，增強水泥膠結(jié)作用，使試樣內(nèi)粘結(jié)效果更顯著，增大試樣的抗剪強度，這與黎冰等[25]的試驗結(jié)果相同。

圖6 不同粘結(jié)強度下的動三軸數(shù)值模擬骨干曲線

當圍壓增大時，顆粒之間相互擠壓接觸更緊密，接觸力更大，相同摩擦系數(shù)下，根據(jù)滑動摩擦公式：f=μF(式中：f為顆粒間摩擦力；F為顆粒間接觸力)，顆粒間摩擦強度不斷增大。而粘結(jié)強度不會隨圍壓的增大而變化，當顆粒間應力大于粘結(jié)強度時，粘結(jié)會斷裂。因此在高圍壓下，粘結(jié)強度對試樣抗剪強度的貢獻基本不變，而摩擦強度的貢獻相對于粘結(jié)強度的貢獻增大，使試樣更具延展性。

4 宏觀響應與細觀機理分析

為了使數(shù)值模擬得到的滯回曲線與室內(nèi)動三軸試驗結(jié)果吻合，根據(jù)不同細觀參數(shù)的敏感性分析，不斷調(diào)整PFC3D數(shù)值模型細觀參數(shù)。將側(cè)墻剛度設置為上下加載板的1/10，以模擬橡皮膜柔性邊界，最終選取的細觀參數(shù)如表4所示。

表4 數(shù)值模型細觀參數(shù)

4.1 數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)試驗結(jié)果的對比

對比不同圍壓下輕量土室內(nèi)動三軸試驗滯回曲線和數(shù)值模擬結(jié)果，如圖7所示，其中EPS顆粒體積比為50%，水泥質(zhì)量比為15%。將100 kPa圍壓下數(shù)值模擬每級滯回曲線的第六周頂點標記為A～E點。由圖7可知：(1)不同圍壓下，室內(nèi)動三軸試驗滯回曲線與模擬結(jié)果基本吻合，隨著振動級數(shù)和圍壓的增大，二者的動應力峰值逐漸增大。每個振動周期內(nèi)，室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬的動應力峰值及所對應的動應變相近，說明三維離散元模型可以較好地模擬輕量土室內(nèi)動三軸剪切試驗。(2)數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗的滯回曲線仍存在一定的差異，分析其原因主要為：在數(shù)值模擬過程中，顆粒均為剛性球體，其形態(tài)特征和受力狀態(tài)與實際土樣存在偏差，且EPS顆粒相對于土顆粒較大，顆粒之間易發(fā)生錯動滑移，使受力產(chǎn)生變化，應力分布不均勻。當壓應力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚r，室內(nèi)試樣具有彈性變形，橡皮膜具有一定的抗拉強度，試樣與振動軸緩慢脫離，動應力逐漸降低。而數(shù)值試驗中，對墻體施加反向速度以模擬應力方向的轉(zhuǎn)變，使試樣與墻體產(chǎn)生了快速分離，所以此時動應力迅速降低。

圖7 不同圍壓下輕量土動三軸試驗滯回曲線與數(shù)值模擬結(jié)果的對比

4.2 接觸力

試樣內(nèi)部顆粒間的接觸力反映了EPS顆?；旌陷p量土動三軸剪切過程中的受力狀態(tài)，可以從細觀探究顆粒間的應力傳遞。在輕量土動三軸數(shù)值模擬過程中，采用分級加載，在100 kPa圍壓下，當每級動應力達到峰值時，探究試樣內(nèi)部顆粒間應力傳遞。在接觸力分布圖(圖8)中，使用切片工具切取5 mm剖層，力鏈的粗細與相接觸顆粒的粒徑成正比，為更好地呈現(xiàn)接觸力和顆粒之間的關系，將顆?？s小為原始大小的0.4倍。

從圖8可知，隨著荷載逐級遞增，從A點到E點對應的時刻下，顆粒間接觸力整體增大，且在各個階段，按顆粒間接觸力大小排列為：土顆粒-土顆粒>土顆粒-EPS顆粒>EPS顆粒-EPS顆粒。在圍壓和振動頻率等條件不變的前提下，循環(huán)荷載加載前期，正弦波荷載振幅小，所產(chǎn)生的顆粒間接觸力較小。隨著逐級加載，正弦波荷載振幅遞增，接觸力逐漸增大，試樣內(nèi)整體受力增大，與滯回曲線中動應力峰值逐級遞增的規(guī)律吻合。在PFC3D軟件中，顆粒間接觸力的大小與其材料的剛度呈正相關。EPS顆粒的法向和切向剛度均比土顆粒小，因此相較于EPS顆粒-EPS顆粒和EPS顆粒-土顆粒間的接觸力，土顆粒-土顆粒間的接觸力更大。所以試樣在受力過程中，土顆粒構(gòu)建了骨架體系，而EPS顆粒主要扮演減重角色，試樣所受荷載大部分由土骨架承擔，EPS顆粒受力較小。在加載過程中，循環(huán)荷載增大，試樣內(nèi)顆粒在力的作用下，豎直方向上向中部擠壓，橫向上向兩側(cè)擠壓。這與室內(nèi)試驗結(jié)果相符，在動荷載作用下，試樣累積了一定的塑形變形，豎直高度有一定減小，橫向直徑略有增大。

圖8 每級加載過程中滯回圈頂點對應的接觸力分布

4.3 位移場

在振動過程中，試樣內(nèi)部顆粒間作用力相互傳遞，顆粒在力的作用下不斷發(fā)生位移，利用PFC3D軟件將顆粒的運動位移情況呈現(xiàn)出來，通過分析100 kPa圍壓下輕量土數(shù)值模型位移場(圖9)，探究每級加載過程中試樣內(nèi)部顆粒運動位移規(guī)律和數(shù)值試樣動力變形機理。

由圖9可知，輕量土數(shù)值模型在軸向荷載作用下，兩端顆粒在豎直方向上向中部運動，中部顆粒在水平方向上向外圍運動，較大的EPS顆粒對試樣整體的位移規(guī)律基本無影響。試樣加載過程中，兩端顆粒的位移總是大于中部顆粒，隨著荷載逐級增大，從A點到E點對應的時刻，顆粒位移整體增大。試樣加載時，由上下加載板施加動力荷載，PFC計算中遵循牛頓第二定律F=ma(式中：m為顆粒質(zhì)量；a為顆粒加速度)，試樣上下兩端顆粒在力的作用下發(fā)生位移運動并逐漸向中部傳遞，但試樣內(nèi)部的阻尼效應使向中部傳遞的位移逐漸減小，中部顆粒位移總是小于兩端顆粒，表現(xiàn)出一定的“滯后性”。在PFC3D軟件中，試樣的宏觀變形不是由于顆粒本身的變形，而是顆粒位置的變化引起的。在其它條件不變的情況下，隨著逐級加載，試樣兩端受力增大，使顆粒位移整體增大，與滯回曲線中每級荷載作用下的軸向應變相對應，表現(xiàn)在宏觀上為試樣被壓縮。

圖9 每級加載過程中滯回圈頂點對應的位移場

5 結(jié) 論

通過進行不同圍壓條件下EPS顆?；旌陷p量土室內(nèi)動三軸試驗和數(shù)值模擬，分析輕量土動力變形特性，主要得出以下結(jié)論：

(1)EPS顆?；旌陷p量土室內(nèi)動三軸試驗的滯回曲線反映了輕量土動應變對動應力的滯后性，動應力峰值隨圍壓的增大而逐漸增大，且輕量土具有應變硬化特性和應變累積性。

(2)隨著顆粒摩擦系數(shù)的增大，輕量土數(shù)值模擬骨干曲線的破壞強度不斷增長，相比于EPS顆粒，增大土顆粒的摩擦系數(shù)使破壞強度增長更加顯著。隨著顆粒剛度比增大，骨干曲線破壞強度增長，但破壞強度所對應的軸向應變減小，小幅提高了試樣初始彈性模量。以黏結(jié)強度為2.0×108N/m對應的破壞強度67.58 kPa為標準，當黏結(jié)強度增大時，相應的骨干曲線破壞強度分別增長了11.97%,46.03%,57.90%。

(3)室內(nèi)試驗的滯回曲線中動應力下降緩慢，而數(shù)值模擬的滯回曲線波動較大且動應力下降迅速，但二者動應力峰值及所對應的動應變相近，說明三維離散元模型可以較好地模擬輕量土室內(nèi)動三軸試驗。在圍壓和振動頻率等條件不變的前提下，隨著逐級加載，顆粒間接觸力整體增大，按顆粒間接觸力大小排列為：土顆粒-土顆粒>土顆粒-EPS顆粒>EPS顆粒-EPS顆粒。數(shù)值試樣內(nèi)兩端顆粒在豎直方向上向中部運動，中部顆粒在水平方向上向外圍運動。中部顆粒的位移總是小于兩端顆粒，表現(xiàn)出一定的“滯后性”，隨著荷載逐級遞增，顆粒位移整體增大，表現(xiàn)在宏觀上為試樣被壓縮。