考虑颗粒破碎的临界状态理论与本构模型

我国高土石坝建设大量采用粗粒料，在复杂载荷和雨水侵蚀环境下易于发生破碎。而经典土力学临界状态理论忽略颗粒破碎，在此类工程问题中显然不适用。因此，亟需发展新的理论方法以考虑颗粒破碎的影响。本项目通过破碎性土体的压缩和剪切试验，研究颗粒级配曲线的演变规律，研究临界级配曲线的存在性及其影响因素，基于临界级配曲线构建破碎势指标；基于离散元方法（DEM）的微观数值模拟，研究破碎性土体在压缩和剪切过程中组构参量的变化规律，分析临界组构参量的存在性及其影响因素，构建颗粒间接触组构张量。将建立的破碎势指标和组构张量应用于本构模型中，建立考虑颗粒破碎的亚塑性模型，并通过要素试验验证模型的有效性。拟通过本项目研究完善经典的临界状态理论，解明临界状态的微细观本质，并将临界状态理论应用于破碎性土石材料的本构模型中。

我国高土石坝建设大量采用粗粒料，在复杂载荷和雨水侵蚀环境下易于发生破碎。而经典土力学临界状态理论忽略颗粒破碎，在此类工程问题中显然不适用。因此，亟需发展新的理论方法以考虑颗粒破碎的影响。本项目通过破碎性土石材料的压缩和剪切试验，研究了颗粒级配曲线的演变规律，研究了临界级配曲线的存在性及其影响因素，基于临界级配曲线构建了描述颗粒破碎的指标；基于离散元方法（DEM）的数值模拟，研究了破碎性土石材料在压缩和剪切过程中组构参量的变化规律，分析了临界组构参量的存在性及其影响因素，构建了一个颗粒细观结构参数；基于颗粒细观结构参数的变化，推导出了一个粗粒料屈服函数，结合建议的颗粒破碎指标，建立了一个考虑颗粒破碎的经典弹塑性模型，并通过系列室内试验，验证了模型的合理性。本项目研究完善了经典的临界状态理论，解明了临界状态的细观本质，为将临界状态理论应用于破碎性土石材料的本构模型中奠定了基础。. 本项目主要研究成果已在学术期刊上发表3篇SCI论文、2篇EI论文：发表2篇国际学术会议论文（EI）及2篇国内学术会议论文；申请了2项国内专利。分别主办了一次国内、国际学术交流会。目前尚有2篇与本项目研究有关的SCI论文正在投稿中。