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武汉大学课题组“钙质砂的单调三轴试验与低塑性建?帕F扑橛氤跏枷喽悦芏鹊鸟詈闲вΑ甭畚呢璆DS自动三轴仪GDSTAS利用事俘
颁布功夫:2026-01-13 浏览次数:7872 起源:J9集团


武汉大学课题组2025年4月在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》期刊颁发了题为“Monotonic triaxial testing and hypoplastic modelling of calcareous sand: A focus on particle breakage and initial relative density”(钙质砂的单调三轴试验与低塑性建?帕F扑橛氤跏枷喽悦芏鹊鸟詈闲вΓ┗诠阋寮粲Ρ涞母飨蛞煨怨探峁暮蜕巴脸部籽狗⒄鼓P汀钡难趼畚。本钻研选取GDS自动三轴仪试验系统 ,发展单调三轴与亚塑性建模 ,聚焦颗粒破碎与初始相对密度对钙质砂应力-应变-临界状态的耦合影响 ,提出统一破碎演化方程 ,构建可预测级配、强杜纂变形的新型亚塑性模型 ,为岛礁与离岸工程填筑体抗震变形分析提供本构基础。

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https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2025.04.018

*论文版权归原作者和出版方所有 ,本文仅为进建互换。


以下是对这项成就的简要介绍:




论文提要

钙质砂的应力–应变个性受颗粒破碎(B)与初始相对密度(Dri)显著影响 ,但现有本构模型极少同时思考二者的耦合作用。为添补这一空缺 ,本文针对分歧Dri和应力蹊径的钙质砂发展系列三轴试验 ,系统钻研颗粒破碎与临界状态行为。

重要发现如下:(1)当应力比(η)恒按时 ,B随均匀有效应力(p')呈双曲线关系;给定p'下 ,B随η线性增大;(2)临界状态线(CSL)随Dri增大而下移 ,而临界状态摩擦角(φcs)随B增大而减幼;谏鲜隽司 ,提出统一的颗粒破碎演化模型 ,用以量化分歧加载前提下钙质砂的破碎水平。将该模型与正常固结线(NCL)及CSL方程耦合 ,成功再现随B增大、NCL与CSL斜率增大的景象 ,并定量评估B对φcs的影响。最后 ,在临界状态土力学与亚塑性理论框架内 ,成立了同时引入B与Dri的亚塑性模型;该模型在分歧初始相对密度、应力蹊径及排水前提下的仿照了局与试验数据高度吻合 ,验证了其靠得住性。



试验设备

本钻研使用了GDS自动三轴仪GDSTAS等设备。

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尝试步骤及有关图表

*图表为论文截图 ,版权归论文原作者和出版方所有 ,本文仅为进建互换。

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Fig. 1. Physical properties of calcareous sand: (a) SEM image; and (b) Grain size distribution (GSD) curve of calcareous sand.

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Fig. 2. Test schematic and apparatus: (a) Test schematic; and (b) GDS triaxial automated system.

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Fig. 3. Effect of initial densities on the triaxial test results of calcareous sand: (a-b) CTC test, pc=200 kPa; (c-d) TC test, pc=200 kPa; (e-f) RTC test, pc=200 kPa; (g-h) CU test, pc=200 kPa; (i-j) CTC test, pc=800 kPa; (k-l) TC test, pc=800 kPa; (m-n) RTC test, pc=800 kPa; and (o-p) CU test, pc=800 kPa

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Fig. 4. Variation in GSD curves of calcareous sand and relationship between B with p′ and η: (a-b) Effect of Dri; (c-d) Effect of pc; and (e-f) Effect of loading path.

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Fig. 5. Relationship between B with p' and η: (a) B- log10 p' relation; and (b) Determination of ω0 and kω (Solid colourful lines represent simulation results by Eq. (8))

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Fig. 6. Stress ratio of calcareous sand sheared to maximum axial strain: (a) CTC test; (b) TC test; (c) RTC test; and (d) CU test.

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Fig. 7. Comparison of B-p' relations with different test results: (a) Dogs Bay sand; (b) Angular granite (PL: Proportional loading); and (c) Decomposed granite.

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Fig. 8. Predicted and measured NCLs of calcareous sand with various initial densities. (a) Predicted versus experimental test results; (b) Influence of kDr (Eq. (36)); and (c) Influence of kB (Eq. (36)).

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Fig. 9. Predicted and measured CSLs of calcareous sand with various initial densities: (a) Dri=0.1; (b) Dri =0.3; (c) Dri =0.6; and (d) Dri =0.9.

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Fig. 10. Schematic of the effect of particle breakage on the location of CSL in e-log10p' plane

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Fig. 11. Influence of parameter χ and β on predicted results: (a) Effect of χ (Eq. (44)); and (b) Effect of β (Eq. (44)).

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Fig. 12. Relationship between critical friction angle φcs with particle breakage B of calcareous sand: (a) Experimental data; and (b) Effect of χB on predicted Mcs (Eq. (48)).

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Fig. 13. Influence of breakage evolution parameters on model prediction results in drained triaxial test: (a-b) Effect of ω0; (c-d) Effect of kω; and (e-f) Effect of pB.

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Fig. 14. Influence of initial density effect parameters on model prediction results in drained triaxial test: (a-b) Effect of Dri; (c-d) Effect of kDr; and (e-f) Effect of χ.

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Fig. 15. Influence of breakage effect parameters on model prediction results in drained triaxial test: (a-b) Effect of kB; (c-d) Effect of β; and (e-f) Effect of χB.

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Fig. 16. Comparison between model predictions with CTC tests results of calcareous sand at different Dri: (a-b) Dri =0.1; (c-d) Dri =0.3; (e-f) Dri =0.6; and (g-h) Dri =0.9.

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Fig. 17. Comparison between model predictions with CU tests results of calcareous sand at different Dri: (a-b) Dri =0.1; (c-d) Dri =0.3; (e-f) Dri =0.6; and (g-h) Dri =0.9.

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Fig. 18. Comparison between model predictions with TC tests results of calcareous sand at different Dri: (a-b) Dri =0.1; (c-d) Dri =0.3; (e-f) Dri =0.6; and (g-h) Dri =0.9.

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Fig. 19. Comparison between model predictions with RTC tests results of calcareous sand at different Dri: (a-b) Dri =0.1; (c-d) Dri =0.3; (e-f) Dri =0.6; and (g-h) Dri =0.9.

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Fig. 20. Comparison of the predicted and measured values of B

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Fig. 21. Change in GSD of calcareous sand with Dri=0.1:(a-b) CTC test; (c-d) TC test; (e-f) RTC test; and (g-h) CU test.

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Fig. 22 Comparison between model predictions with drained triaxial tests results of Silica sand at different Dri: (a-b) Dri =0.30; (c-d) Dri =0.60; and (e-f) Dri=0.90.




钻研结论

现有本构模型未能充分思考颗粒破碎(B)与初始相对密度(Dri)对钙质砂的耦合影响。为此 ,本文发展了系列三轴压缩试验 ,涵盖分歧Dri、应力蹊径与排水前提;谑匝榱司 ,提出了新的破碎演化模型 ,并建改了正常固结线(NCL)与临界状态线(CSL)方程 ,以同时纳入B与Dri的结合作用。随后 ,将这些公式嵌入亚塑性框架 ,成立了改进的亚塑性本构模型。重要结论如下:

(1)三轴试验批注 ,B与Dri对强杜纂变形拥有显著且相互依赖的影响。低围压下B较幼 ,Dri起主导作用;随围压增大 ,B增长 ,Dri的影响减弱。

(2)颗粒破碎重要受应力比η与均匀有效应力p′节造。η恒按时 ,B随p′增大而升高;p′恒按时 ,B与η成正比。提出的双曲线破碎演化模型仅需3个易标定参数 ,即可描述分歧应力蹊径、Dri与围压下的破碎行为。

(3)新NCL与CSL方程可正确反映随B增大而陡化、随Dri增大而下移的法规;临界状态摩擦角φcs随B线性降低。

(4)将破碎演化模型与建改NCL、CSL方程融入亚塑性框架 ,成立了可同时思考颗粒破碎与初始密度的扩大亚塑性模型 ,可精确预测级配演化、强杜纂变形。

只管模型预测机能优良 ,但验证仅限于等向固结与单调加载。现实岛礁与离岸工程常面对各向异性应力与风浪循环荷载 ,后续钻研将拓展模型至这些复杂工况 ,提升其工程合用性。


备注:论文及提要等为论文原文的中文译文 ,仅供急剧参考;若遇语义或技术细节歧义 ,请以英文原文为准。齐全钻研内容、参数取值及验证数据请查阅原文。






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