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黏性土是岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒经过不同的搬运方式,在各种自然环境中生成的弱黏结沉积物;颗粒单元体对其宏观力学性质有很大的影响。本文利用三维理想离散元颗粒流的方法对黏土进行了常规三轴试验的细观模拟,对加载过程中应力-应变关系、体应变发展规律以及颗粒的接触黏结强度、刚度、摩擦系数等细观参数的改变所引起的宏观力学特性的变化进行研究。并以杭州原状软黏土为研究对象,通过利用空心圆柱扭剪仪(HCA)进行一系列的不同主应力方向下的定向剪切试验和纯主应力轴旋转试验,借助扫描电子显微镜(SEM)和颗粒与裂隙识别与分析系统(PCAS)对试验后试样中样品的微观结构进行定量研究,分析了不同主应力方向下的样品在同一微观观测面上及同一样品在不同观测面上微观结构参数的变化规律。主要得出了以下结论:1.通过三维理想离散元颗粒流的方法(PFC3D)对黏性土三轴试验的细观模拟,可得到与室内土工试验变化趋势相一致的应力-应变曲线,但颗粒流细观模拟中颗粒形状单一,导致细观数值试验的强度要略为偏低些。细观模拟中,数值试样的初始孔隙率对体应变特性影响相当大;颗粒间的摩擦系数的增加将引起峰值强度及剩余强度的明显增大,且出现应变软化加剧的现象;颗粒接触模量的增加致使材料初始的线弹性模量及剪胀特性发生显著变化;颗粒刚度比的增加主要引起材料泊松比的增加及剪缩特性增强;法向黏结强度的增加则将极大的提高材料的峰值强度和剩余强度,对初始的线弹性模量及剪胀剪缩性也有一定的影响。2.大主应力方向角α的增加,定向剪切试验中,径向面(ZO)和水平面(RO)上颗粒的尺寸变化较大;水平面上(RO)颗粒的定向性将会不断增强,而ZO面和ZR面上均先增加后减小且在α为60°时颗粒排列的有序性最好;三个面上颗粒形状的复杂性均在α为60°时达到最大。主应力轴旋转轴试验中,主应力轴偏转角α的增加,主要对ZO面和RO面上颗粒的尺寸、排列、形状的影响较大,而对RO面上的影响基本以忽略。3.大主应力方向角的变化对颗粒微观结构的影响很好地揭示了“定向剪切中在α为50°时,土体的压缩性最大;试样破坏时的宏观剪切带与大主应力方向的夹角基本保持不变”等宏观特性的微观作用机制。