颗粒堆积体中的应力分布对局部软弱区域的敏感性研究

The lastest ideas、experiment methods and simulation technology are used to research the granular system with local defects under engineering background, for the study on the stress distribution of granular packs. Firstly, some local defects are arrayed in the granular packs, such as lower stiffness particle group, excavated areas or gaps. Two-dimensional photoelasticity experiments will be developed to investigate the stress distribution in granular packs before and after the array of local defects. Furthermore, after changing physical parameters of system, some laws about the sensitivity of force chains are expected to be obtained.Secondly,two-dimensional experiment and three one are used to investigate the stress distribution at the bottom of granular packs with local defects. The simulation results will be expected to compare with the experimental data. The sensitivity of self-organization of stress chains in granular packs to local defects will become the focus of attention. In fact, there are many non-idea granular packs with heterogeneity、discontinuity、non-saturation. This project is an important start to the study of non-idea granular packs.

将颗粒介质静力学研究中关于颗粒堆积体应力分布的最新观点、实验手段和模拟方法，用于研究侧重工程背景的含局部软弱区域的颗粒堆积体系。其一，采用二维光弹实验，辅以数值模拟，通过设置局部的小刚度颗粒群、采用开挖或设置空隙，分析软弱区域布置前后堆积体应力分布几何形态的统计特征。进一步考虑颗粒粒径比、刚度比等物理参数的影响，获取堆积体系内部应力分布对局部软弱区域敏感程度的相关物理力学信息。其二，通过二维和三维压痕力学实验，分析含软弱区域颗粒堆积体的底部应力分布规律，并与数值模拟结果进行对比分析。此外，结合分析结果讨论软弱区域与底部应力分布的关联性。现实生活中存在大量的具有非均匀、不连续、非饱和等特征的非理想颗粒堆积体，对含局部软弱区域颗粒堆积体应力分布规律的认识是开展非理想情况研究的一个重要方面，可以奠定良好的科学基础，积累很多重要的信息。

对自然界和实际工程中的含局部软弱区域的静态颗粒堆积体，由于应力对颗粒表面摩擦系数、边界条件、初始条件等因素非常敏感，颗粒体系物理参数的不均匀性使应力更多地由非软弱区域的颗粒承担，进而改变了软弱区域及其附近的传力途径。但是，当应力必须由软弱区域或其周边区域承担并进行传递时，由于区域本身刚度相对偏低，甚至为零，使得较小的应力载荷产生了该区域较大的变形，造成较大的工程危害。本项目主要围绕局部软弱区域对不同荷载作用下颗粒堆积体受力的影响规律开展基础研究：采用实验与模拟相结合的方法，揭示了局部软弱单点和软弱双点对颗粒堆底部受力影响的变化规律；得到了软弱夹层位置和软弱层数对颗粒堆受力的影响规律；基于已有实验数据开展量纲分析，对小尺度单分散颗粒堆，给出了一个由荷载大小、颗粒尺度和基底弹性模量所确定的、描述力的传递区域边界的经验公式；此外，开展了相关工程应用基础研究，通过对含水桩周土与碎石桩组成的复合地基的室内三维荷载试验，给出了碎石桩复合地基由刺入破坏向鼓胀破坏转变的关键参数——临界长径比。