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土石混合体是介于碎裂岩体与土体之间的一种非均质、不连续的特殊地质体,其力学性质复杂,受内部结构影响较大。近几十年来,国内外许多专家和学者围绕这种特殊地质材料的力学特性展开了大量室内、原位试验和数值模拟研究工作,研究内容从宏观力学性质细化到细观结构影响方面,取得了较为丰富的成果。论文以土石混合体的定义、分类、力学性质研究现状为出发点,分析总结了土石混合体力学性质的几个影响因素。进行了付家坪子滑坡土石混合体大型原位剪切试验,并借助二维颗粒流软件实现了土石混合体的双轴压缩试验模拟和直剪试验模拟,分析了土石混合体细观结构对其力学性质的影响规律。 本文的主要研究工作和研究成果如下: (1)对土石混合体力学性质的研究现状、研究方法以及主要结论进行了总结,分析了其力学性质的研究趋势,并在此基础上提出本文的研究方法和技术路线。 (2)使用改进的大型原位直剪设备对付家坪子滑坡土石混合体进行原位大型剪切试验,试样尺寸50cm×50cm×40cm(长×宽×高),得到了滑带上土石混合体的应力——应变关系曲线,并经过拟合得到了它的摩擦角和粘聚力。 (3)基于Matlab平台开发了复杂形态土石混合体细观结构生成软件,利用该软件可以指定块石的生成区间、粒径分布、粗糙程度以及土石混合体的含石量等指标,其结果可以直接导入到二维颗粒流软件使用。 (4)建立土石混合体的双轴压缩试验模型和中型剪切试验模型,对土石混合体细观力学参数进行标定。 (5)将标定得到的土、石的颗粒流细观力学参数用于土石混合体大型剪切试验颗粒流模拟中,以相同的含石量和粒径分布进行剪切,与原位大型直剪试验结果进行对比。 (C)通过二维颗粒流剪切试验模拟,研究了含石量、块石尺寸、块石形态对土石混合体力剪应力-剪切位移曲线形态、强度及变形特征的影响规律。