宏微觀土力學(xué)之進展

宏微觀土力學(xué)之研究進展目錄2.

宏微觀土力學(xué)的基本研究思路1.

宏微觀土力學(xué)的由來、目標(biāo)與任務(wù)

3.宏微觀土力學(xué)的的研究進展(b).宏微觀土力學(xué)的研究進展4.宏微觀土力學(xué)發(fā)展的機會與挑戰(zhàn)(a).

微觀本構(gòu)關(guān)系1.

宏微觀土力學(xué)的由來、目標(biāo)與任務(wù)(a).由來(b).目標(biāo)與任務(wù)里程碑：2004年英國劍橋特邀會議將微觀(micro-)土力學(xué)與宏觀（macro-）土力學(xué)相結(jié)合，解決巖土力學(xué)中的核心/疑難問題，從而產(chǎn)生巖土工程新的技術(shù)、工藝和設(shè)計方法。

TC35：研究主題磨刀-砍柴2.

宏微觀土力學(xué)的基本研究思路(b).順式(a).逆式(1)剪脹機制引入到本構(gòu)關(guān)系中去（沈珠江

1998）(2)微觀組構(gòu)引入到本構(gòu)關(guān)系中去

(Li＆

Dafalias2004;Lashkari&Latifi2007)(3)多重剪切機制的本構(gòu)理論

(Li&Chen1990;Pande&Sharma1983;Chang&Sture2006;Owolabi&Singh2007)針對巖土力學(xué)中的核心/疑難問題，以離散元（DEM）為橋梁，從微觀(micro-)土力學(xué)走向宏觀（macro-）土力學(xué)。

離散元（DEM）？離散元（Discreteelementmethod

，DEM),

一種數(shù)值方法(a)土體??離散材料集合體(b)**

顆粒間接觸的本構(gòu)關(guān)系(c)??不同荷載下集合體的宏觀和微觀響應(yīng)離散元（DEM）？本質(zhì)上,DEM由以下條件決定(a)控制方程??牛頓第二定律(f=ma)(b)顆粒間接觸的本構(gòu)關(guān)系Simple

intheory!

3.宏微觀土力學(xué)的的研究進展(a).微觀本構(gòu)關(guān)系(i).考慮顆粒間接觸面積圖1.針對抗轉(zhuǎn)動顆粒提出的接觸模型JiangMJ（）,YuH-S,HarrisD.Anoveldiscretemodelforgranularmaterialincorporatingrollingresistance.ComputersandGeotechnics,2005;32(5):340-357(SCI/EI收錄)（曾為ScienceDirect全球“下載最多”第二名）lbondstrengthTangentialbondstrength

圖2.針對粘結(jié)顆粒提出的簡單接觸模型(ii).考慮顆粒間膠結(jié)影響JiangM.J.（）,YuH-S,LeroueilS.(2007)Asimpleandefficientapproachtocapturingbondingeffectinnaturally-microstructuredsandsbyDiscreteElementMethod.InternationalJournalforNumericalMethodsinEngineering,69:1158-1193.解決方案（b）試驗測試方案（a）膠結(jié)顆粒模型12mm50mm0.6mm3mm壓壓剪扭扭剪壓拉圖3粘結(jié)顆粒簡單接觸模型的驗證試驗圖4剪切測試安裝圖JiangMJ（）,YanH.B.Micro-contactlawsofbondedgranularmaterialsforDEMnumericalanalyses.ThirdAsian-PacificCongressonComputationalMechanicsinconjunctionwithEleventhInternationalConferenceontheEnhancementandPromotionofComputationalMethodsinEngineeringandScience.(APCOM’07-EPMESCXI).4-5December2007,Kyoto,Japan(inpress).Capillarywater(CW)SpringSpringCWsliderBondduetoCWDividerLoadsliderDashpotDashpotNormalcontactmodelTangentialcontactmodel圖5針對毛細(xì)水提出的接觸模型(iii).考慮粒間毛細(xì)水JiangM.J.（）,LeroueilS.andKonradJ.M.(2004).InsightintostrengthfunctionsinunsaturatedgranulatebyDEManalysis.ComputersandGeotechnics,31(6):473-489圖6.

三種砂在不同放大倍率下的掃描電子微觀照片.(AfterAlshibliandAlsaleh2004)(iv).考慮顆粒表面粗糙糙MingjingJiang（）,SergeLeroueil,HehuaZhu,Hai-SuiYuandJean-MarieKonrad.(2007)ATwo-dimensionalDiscreteElementTheoryforRoughParticles.JournalofGeomechanics,ASCE(acceptedforpublication)(b).宏微觀土力學(xué)的研究進展主應(yīng)力張量和主塑塑性變形率張量的的非共軸性圖7.砂土的非共軸特性

(datafromIshiharaandTowhata1983)(i)非共軸本構(gòu)關(guān)系主應(yīng)力旋轉(zhuǎn)：基坑坑開挖。。。不可壓縮材料的運運動模型,用運動方程表達如如下(Harris,1995)其中

主應(yīng)力傾角

內(nèi)摩擦角

wherethesummationsareovertheNcontactsinthemassbody,bycountingeachcontact,whichissharedbytwoparticlesofradiiand,theangularvelocityand.Thecommonradiusis.??

角速度

=>‘微觀純轉(zhuǎn)動速率平均值’

(APR)圖8DEM驗證中使用的粒徑分布(a);單剪階段的邊界條件(b).

圖9松散/中密度試樣的實測測APRs和DEM模擬單剪試驗中由由DSR模型預(yù)測的APRs.JiangM.J.（）,HarrisD.andYuH.-S.(2005).Kinematicmodelsfornon-coaxialgranularmaterials:PartII:evaluation.Int.JournalforNumericalandAnalyticalMethodsinGeomechanics,29(7):663–689.理論+驗證試驗=Spencer(1964):雙剪理論deJosselindeJong(1971):雙滑自由轉(zhuǎn)動模型型JiangM.J.（）,HarrisD.andYuH.-S.(2005).Kinematicmodelsfornon-coaxialgranularmaterials:PartI:Theory.Int.JournalforNumericalandAnalyticalMethodsinGeomechanics,29(7):643–661.(ii)非飽和土有效應(yīng)力力的定義Long-termargument!??Strengthhere!whereandarethecontactforcevectorandthecontactorientationvector,exertedupontheperipheralparticlesalongtheassembly’sboundaryS.

統(tǒng)一有效應(yīng)力:

由荷載與毛細(xì)水（CW)產(chǎn)生的粒間作用力組成(Jiang（）etal2003)注意:毛細(xì)水產(chǎn)生的粒間間作用力(Fisher1926),包括:基質(zhì)吸力引起的作作用力(Su)和表面張力(T)。(T在非飽和土力學(xué)中中被忽略)Sinf=0.46f=27.4ofr=21.6o(b)Sinf=0.44f=26.2ofr=20.1o圖10用統(tǒng)一有效應(yīng)力表述的不同吸力/圍壓下DEM試樣的強度包線:分布A(a)&B(b).JiangM.J.（xx）,LeroueilS.andKonradJ.M.(2004).InsightintostrengthfunctionsinunsaturatedgranulatebyDEManalysis.ComputersandGeotechnics,31(6):473-489驗證過程+檢驗當(dāng)前的強度函數(shù)+適當(dāng)?shù)姆秋柡屯翉姸群瘮?shù)圖11.天然砂的粒間粘結(jié):深層綠砂的SEM照片(afterCuccovillo&Coop,1997).

InterparticlebondingVoidParticles0.5mm(iii)Coop&Wilson準(zhǔn)則（2003）上海軟土。。。ParticleBond200mm183mmLargevoidLargevoid圖12.DEM測試中使用的一個個典型粘結(jié)試樣.圖13.在壓縮中影影響粘結(jié)作作用的因素素:粘結(jié)強度(a);垂直壓縮線線的位置(b);初始密度(c).(Coop&Willson2003)DEMJiangM.J.（xx）,YuH-S,LeroueilS.(2007)Asimpleandefficientapproachtocapturingbondingeffectinnaturally-microstructuredsandsbyDiscreteElementMethod.InternationalJournalforNumericalMethodsinEngineering,69:1158-1193.模擬過程;與實驗數(shù)據(jù)據(jù)對比(Rottaetal.2003.Géotechnique53(5):493-502)?????(iv)粒狀材料本本構(gòu)模型之之展望圓錐觸探試試驗:現(xiàn)場測試,??土的分類和土的屬性…復(fù)雜邊界值值問題:(a)土與觸探儀儀接觸面的的大相對滑移移(b)土的大變形(c)觸探儀周圍圍場變量的的大梯度(d)相關(guān)土經(jīng)歷歷復(fù)雜的應(yīng)力力路徑粒狀材料觸觸探試驗分分析的有限限元法,彈-剛塑性MC模型,????淺貫入深貫入(1)圖14.DEM模擬中觀察到的貫入過程深貫入

(2)深貫入(1)圖15.DEM分析中點(x,y=2R,11R)觀察到的應(yīng)應(yīng)力路徑模擬過程;其他現(xiàn)場和和應(yīng)力路徑徑觀測結(jié)果果;與近期土力力學(xué)知識對對比.用于觸探試試驗分析的的粒狀材料料本構(gòu)模型型之展望:(a)剪脹性,(b)率相關(guān)性,(c)非共軸性,和(d)顆粒破碎.xx,用于觸探試試驗分析的的粒狀材料料本構(gòu)模型型之展望.巖土工程學(xué)學(xué)報,2007,29(9):1281-1288.JiangM.J.,HarrisD.,ZhuH.H.(2007).