卸荷作用下砂土与结构接触界面全程破坏机理宏细观研究

This project employs the self-developed DICM(Digital Image Correlation Method) visualization system and apparent material into an investigation on the macro-micromechanics of globle failure in sand-structure interface with considering unloading effect by means of lage scale diret shear test with visual measurement，visual triaxial test and discrete-continuum numerical simulation. The objectives are 1)to imorove the diret shear testing equipment for the visual function, to develop a sand-structure interface contact model with considering unloading effect, to feature the macro-micro mechanism of the progressive failure of interface, with an emphasis on the impact of particle crush and wetting collapse;2) to develop a discrete-continuum numerical analysis method suitable for sand-structure interface based on the visulazation of trixial tests, to verify the proposed models/methods based on the experimental results, to analyze the particle kinematic behavior in the critical zone of sand-structure interface and its virtual connection with the macromechnical performance. This research is to strengthen the fundamental micro mechanical theory leading to a better understanding of undergroud structural performance.

砂土-结构接触界面问题在岩土工程中得到广泛关注，目前研究大多基于接触面力学特性的宏观认识。考虑接触界面卸荷效应和接触面全程细观材料特征变化影响的研究较少。本研究拟基于自主开发的光学测试方法和自行研制的透明模型材料，通过可视化大型剪切试验、可视化三轴试验及数值分析，对接触面的宏细观力学特性和接触面工程特性进行研究：1）对大型直接剪切仪进行可视化改造，建立卸荷条件下砂土-结构接触界面宏细观本构模型，揭示其剪切破坏的宏细观力学机理和破坏失效过程中颗粒细观组构的演化规律；2）基于可视化三轴试验观测颗粒剪切破坏细观特征，建立反映颗粒细观特征的分析模块，提出适合砂土与结构物接触界面的混合数值模拟分析方法，对砂土-结构接触界面的剪切带分布不均匀性及其破坏失效规律进行研究。揭示砂土-结构接触界面的剪切带分布不均匀性及其失效破坏的宏细观力学机理，为地下结构物工程性能的分析和评价方法提供理论依据。

土体与结构物接触面试验是研究和揭示土体与结构物接触界面受力变形和相互作用规律最直接的手段，本研究主要针对相关研究大多基于接触面力学特性宏观认识的现状，结合考虑接触界面卸荷效应和接触面全程细观材料特征变化的影响展开相关研究。项目自主完成了光学测试系统的开发，通过可视化大型剪切试验、结合常规材料试验及数值分析，对接触面的宏细观力学特性和接触面工程特性进行研究：对大型直接剪切仪进行可视化改造，实现了接触面三维变形特性自动量测，在完成砂土-接触面大型直剪试验的同时，建立了卸荷条件下砂土-结构接触界面的双曲线本构模型；同时完成了直接剪切条件下的黏性土-结构物接触面变形特性研究，建立了揭示其剪切破坏的宏细观力学机理的考虑法向卸荷的剪切力学模型；此外，考虑中主应力及剪胀特性的影响完成了改进邓肯张模型的建立，提出适合砂土与结构物接触界面的混合数值模拟分析方法，并采用类似工程对模型及计算方法进行验证，系统的揭示了土-结构接触界面的接触破坏的宏细观力学机理，为地下结构物工程性能的分析和评价方法提供理论依据。