宏微觀土力學(xué)之研究進(jìn)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(jìn)展(b).宏微觀土力學(xué)的研究進(jìn)展4.宏微觀土力學(xué)發(fā)展的機(jī)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(jì)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(jī)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(jī)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(jìn)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(yàn)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(yàn)證試驗(yàn)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MingjingJiang（）,SergeLeroueil,HehuaZhu,Hai-SuiYu

andJean-MarieKonrad.(2007)

ATwo-dimensionalDiscreteElementTheoryforRoughParticles.JournalofGeomechanics,ASCE(acceptedforpublication)(b).宏微觀土力學(xué)的研究進(jìn)展主應(yīng)力張量和主塑性變形率張量的非共軸性圖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)：基坑開挖。。。

不可壓縮材料的運(yùn)動模型,用運(yùn)動方程表達(dá)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(yàn)證中使用的粒徑分布(a);單剪階段的邊界條件(b).

圖9松散/中密度試祥樣的實(shí)測APRs和DEM模擬單剪殘?jiān)囼?yàn)中由DSR模型預(yù)測其的APRs撈.Jian忙gM.偉J.（）,Har遮ris陶D.盒an胖dY鋼uH東.-S叮.(蔑200越5).Kin己ema摩tic垂mo宜del渡sf活or張non州-co安axi喪al些gra溫nul型ar厚mat益eri援a(chǎn)ls隱:Part采II:eva臣lua圈tio抱n.Int滅.J廳our宿nal它fo酒rN主ume崗ric場al傷and室An淚aly碑tic松al巾Met垃hod墾si將nG搬eom抄ech同ani弊cs,29閱(7):泡663老–6也89.理論+驗(yàn)證試驗(yàn)=Spen棍cer(19撤64)愁:雙剪理論deJ循osse紡lin每deJ晃ong(19熄71)課:雙滑自余由轉(zhuǎn)動岸模型Jia強(qiáng)ng痰M.J輪.（）,Har從ris新D.囑an偷dY鑒uH第.-S范.(頭200到5).Kin掙ema休tic疑mo該del死sf妹or鉗non兵-co獎axi鏟al監(jiān)gra蛛nul蠢ar昏mat圓eri憶als鳥:Par預(yù)tI粒:T責(zé)heo總ry.Int受.J愚our禿nal旨fo荷rN感ume六ric畏al扔and瞞An棗aly暗tic仍al發(fā)Met蜓hod峰si愉nG贊eom否ech徒ani皺cs,2繭9(7拌):臉643思–敘661挪.(ii)非飽和確土有效嶼應(yīng)力的慢定義Long罰-ter轉(zhuǎn)mar東gume戒nt!??Stre壟ngthhere府!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)水車產(chǎn)生的常粒間作虧用力(Fis掀her192靠6),包括:基質(zhì)吸力匆引起的作叮用力(Su)和表面張烘力(T)。(T在非飽和善土力學(xué)中登被忽略)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(qiáng)度包線:分布A(a)&B(b).Jia半ng蜂M.J壩.（xx）,Ler藝oue舞il弄S.洞and側(cè)Ko憶nra漆dJ減.M.鞠(2昨004蛋).Ins田igh攝ti凍nto箭st祥ren馬gth迫fu宅nct泡ion復(fù)si梁nu倘nsa蹄tur桌ate此dg把ran樂ula竄te啟by可DEM態(tài)an仗aly豈sis.Comp虛uter燃san角dGe別otec井hnic灑s,31炮(6):辱473朗-489驗(yàn)證過機(jī)程+檢驗(yàn)當(dāng)前的共強(qiáng)度函雖數(shù)+適當(dāng)?shù)姆秋柡图淄翉?qiáng)度函丹數(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房誠)Coop撞&W倦ilso粘n準(zhǔn)則觸（200銜3）上海軟劈燕土。。毒。ParticleBond200mm183mmLargevoidLargevoid圖12.使DEM測試中使帳用的一個勞典型粘結(jié)前試樣.圖13.在壓縮藍(lán)中影響僻粘結(jié)作準(zhǔn)用的因清素:粘結(jié)強(qiáng)藏度(a)綁;垂直壓縮洪線的位置(b);初始密遇度(c)鄭.(Co臨op來&W綁ill萄son垮20停03)DEMJia曬ng盆M.J州.（xx）,Yu稿H-S貝,L瞎ero零uei館lS側(cè).(短200沸7)As飲imp猛le確and獻(xiàn)ef擱fic眠ien忘ta沒ppr與oac份ht堅(jiān)oc土apt減uri啞ng北bon喇din專ge危ffe展ct社in液nat漫ura瘡lly轎-mi旋cro廳str約uct大ure餡ds文and甩sb丹yD紡isc羊ret掠eE陳lem會ent山Me蹤蝶tho攪d.Int白ern顛ati鋸ona壞lJ徑our吩nal盞fo鍵rN海ume揮ric妙al屈Met吉hod梁si獲nE植ngi愁nee盾rin化g,6獅9:封115脂8-1亦193康.模擬過米程;與實(shí)驗(yàn)蜜數(shù)據(jù)對打比(Rott骨aet豆al.示200姜3.Gé貝otec駱hniq哭ue5頂3(5)貨:49復(fù)3-50課2)??餃???(iv膨)粒狀材歸料本構(gòu)波模型之毫展望圓錐觸滴探試驗(yàn):現(xiàn)場測共試,??土的分刻類和土的屬性…復(fù)雜邊刪界值問辣題:(a)土與觸抖探儀接譯觸面的大相對心滑移(b)土的大變形(c)觸探儀周陣圍場變量酬的大梯度(d)相關(guān)土乳經(jīng)歷復(fù)雜的應(yīng)杠力路徑粒狀材交料觸探敗試驗(yàn)分掃析的有猛限元法,彈-剛塑性MC模型,??紀(jì)??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.甩DEM分析中循點(diǎn)(x,燒y宵=2粥R,輔11R券)觀察到的朽應(yīng)力路徑模擬過程;其他現(xiàn)攻場和應(yīng)怖力路徑迅觀測結(jié)退果;與近期產(chǎn)土力學(xué)蘆知識對礦比.用于觸腫探試驗(yàn)篇分析的監(jiān)粒狀材捐料本構(gòu)挖模型之柿展望:(a)剪脹性,(b)率相關(guān)鐮性,(c)非共軸性,和(d)顆粒破黑碎.xx,用于觸模探試驗(yàn)興分析的書粒狀材維料本構(gòu)飛模型之顆展望.巖土工柳程學(xué)報(bào),200研7,2遵9(9)粥:12根81-1繁288.Jian渡gM.紹J.,Harr娘isD彼.,Zhu農(nóng)H.H.(2團(tuán)