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PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验

张子萱 曹宝花 韩泽敏 许江波 程芳卉 陈绍华 侯鑫敏 詹皓辰

张子萱, 曹宝花, 韩泽敏, 许江波, 程芳卉, 陈绍华, 侯鑫敏, 詹皓辰. PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(3): 365-373. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.03.016
引用本文: 张子萱, 曹宝花, 韩泽敏, 许江波, 程芳卉, 陈绍华, 侯鑫敏, 詹皓辰. PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(3): 365-373. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.03.016
Zhang Zixuan, Cao Baohua, Han Zemin, Xu Jiangbo, Cheng Fanghui, Chen Shaohua, Hou Xinmin, Zhan Haochen. PFC3D Particle Flow Simulation of Nano-Clay Modified Loess Triaxial Test[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(3): 365-373. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.03.016
Citation: Zhang Zixuan, Cao Baohua, Han Zemin, Xu Jiangbo, Cheng Fanghui, Chen Shaohua, Hou Xinmin, Zhan Haochen. PFC3D Particle Flow Simulation of Nano-Clay Modified Loess Triaxial Test[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(3): 365-373. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.03.016

PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.03.016
详细信息
    作者简介:

    张子萱,女,1999年生,汉族,天津人,在读硕士研究生,主要从事岩土工程方面研究。E-mail:zzx_999_tj@163.com

    通讯作者:

    许江波,男,1985年生,汉族,河南林州人,博士,副教授,主要从事岩土工程方面研究。E-mail:xujiangbo@yeah.net

  • 中图分类号: TU411

PFC3D Particle Flow Simulation of Nano-Clay Modified Loess Triaxial Test

  • 摘要: 基于PFC3D软件研究不同纳米材料、掺量、围压、干密度对改良黄土力学性能的影响,确定改良黄土宏细观之间的参数关系,通过建立改良黄土数值模型、三轴试验,获得了改良黄土的应力–应变曲线。将数值模拟的结果与室内试验的结果相比较,通过数值模拟和室内三轴试验,得出的改良黄土抗剪强度指标基本吻合。试验结果表明:(1)围压一定时,改良黄土试样偏应力随纳米黏土掺量的增加而增大;改良黄土的应力与应变正相关,不同围压时,表现为软化型和强硬化型;(2)当凹凸棒土掺量小于2%时,数值模拟得到的抗剪强度总体小于室内试验得到的抗剪强度,材料大于2%时则相反;(3)纳米蒙脱土改良黄土数值试样材料掺量小于等于4%时,数值模拟得到的抗剪强度大于室内试验的抗剪强度,大于4%则相反。

     

  • 图  1  纳米黏土改良黄土SEM图

    图  2  颗粒流模型图

    图  3  凹凸棒土掺量1%改良黄土试样变形时程曲线(200 kPa)

    图  4  不同围压下凹凸棒土掺量对改良黄土应力–应变影响

    图  5  纳米蒙脱土掺量2%改良黄土试样变形时程曲线(200 kPa)

    图  6  不同围压下纳米蒙脱土掺量对改良黄土应力应变影响

    图  7  不同凹凸棒土掺量改良黄土SEM图像

    图  8  不同凹凸棒土掺量下围压对改良黄土应力–应变影响

    图  9  不同纳米蒙脱土掺量下围压对改良黄土应力–应变影响

    图  10  凹凸棒土改良黄土围压与应力关系

    图  11  纳米蒙脱土改良黄土围压与应力关系

    图  12  凹凸棒土改良黄土抗剪强度指标对比关系

    图  13  纳米蒙脱土改良黄土抗剪强度指标对比关系

    表  1  凸棒土改良黄土抗剪强度指标

    质量掺量/% 干密度/(g·cm−3) c/kPa φ/(°) c'/kPa φ'/(°)
    0 1.35 18.47 11.95 14.23 28.55
    1.45 24.80 13.00 17.41 33.78
    1.55 31.39 14.36 23.03 35.38
    1.65 44.98 17.94 33.06 39.05
    1 1.35 29.74 13.06 16.41 36.58
    1.45 37.58 15.37 23.30 38.83
    1.55 44.78 18.36 34.69 40.02
    1.65 68.65 21.41 45.92 44.99
    2 1.35 27.62 12.53 16.10 35.66
    1.45 34.70 15.25 21.06 37.44
    1.55 38.86 17.30 31.53 38.46
    1.65 59.55 20.06 43.64 43.12
    4 1.35 24.46 12.30 15.66 35.24
    1.45 32.48 15.01 20.43 37.24
    1.55 36.94 16.28 27.36 37.27
    1.65 53.01 18.88 39.77 42.94
    6 1.35 22.79 12.12 15.12 34.26
    1.45 29.74 14.42 18.24 37.16
    1.55 35.57 15.56 25.80 36.83
    1.65 49.84 18.56 37.41 41.39
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    表  2  纳米蒙脱土掺量改良黄土抗剪强度指标

    质量掺量/%干密度/(g·cm−3)c/kPaφ/(°)c'/kPaφ'/(°)
    01.3518.4711.1514.2328.55
    1.4527.8013.0017.4133.78
    1.5535.3914.3623.0335.38
    1.6544.9817.3433.0638.05
    11.3529.1212.3017.5532.96
    1.4535.1513.8621.9036.09
    1.5541.4515.3633.8637.88
    1.6551.0218.0645.3140.39
    21.3533.5612.6524.1135.10
    1.4544.7514.7732.8337.44
    1.5549.4317.4243.7538.61
    1.6559.1520.1856.7642.69
    41.3530.3112.4922.0433.85
    1.4540.0515.4727.9436.37
    1.5544.4315.4335.2338.17
    1.6555.6719.0347.6741.92
    61.3529.8912.3020.5832.75
    1.4537.1813.7624.5135.94
    1.5542.2414.9532.6937.45
    1.6553.7218.5444.7140.42
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    表  3  基本计算参数

    参数 颗粒切向
    刚度/(N·m−1)
    颗粒法向
    刚度/(N·m−1)
    粘结强度
    /kPa
    土颗粒密度
    /(kg·m−3)
    颗粒最小
    半径/(×10−3m)
    颗粒最大
    半径/(×10−3m)
    摩擦系数
    f
    上下墙刚度
    /(N·m−1)
    圆柱墙刚度
    /(N·m−1)
    孔隙率
    素黄土 1×105 1×105 31.39 2710 0.6 1.7 0.26 1×107 1×105 0.55
    凹凸棒土 2.4×104 2.4×104 38.86 2740 0.2 0.35 0.31 0.93,0.95
    0.96,0.98
    纳米蒙脱土 1.4×104 1.4×104 49.43 2740 0.15 0.55 0.32 0.93,0.95
    0.96,0.98
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    表  4  凹凸棒土改良黄土抗剪强度指标

    凹凸棒土掺量(质量)/%c/kPaφ/(°)c'/kPaφ'/(°)
    132.1613.2521.4430.57
    233.4515.1324.5934.22
    435.7417.8528.1836.19
    639.6218.5930.7240.52
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    表  5  纳米蒙脱土改良黄土抗剪强度指标

    纳米蒙脱土掺量(质量)/%c/kPaφ/(°)c'/kPaφ'/(°)
    132.3311.8618.2930.17
    236.4213.0524.4832.53
    438.1015.2728.0635.61
    642.1819.2534.9638.75
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-21
  • 修回日期:  2023-11-08
  • 录用日期:  2024-03-11
  • 刊出日期:  2024-06-12

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