【摘 要】
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土体是由固体颗粒、孔隙水、孔隙气组成的多相特殊材料,具有颗粒性和结构性的基本特征。不同尺度颗粒间因相互作用方式不同而形成复杂微细观结构,导致土体宏观变形和强度特征存在巨大差异,突显土体的多尺度特性。本文采用试验与理论分析相结合的方法,研究“膜模型”土体多尺度变形特性。首先根据能量划分准则将土体中的固体颗粒分为基体颗粒（膨润土颗粒）和加强颗粒（石英砂颗粒）,当加强颗粒体分比（加强颗粒体积占土体总体积
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土体是由固体颗粒、孔隙水、孔隙气组成的多相特殊材料,具有颗粒性和结构性的基本特征。不同尺度颗粒间因相互作用方式不同而形成复杂微细观结构,导致土体宏观变形和强度特征存在巨大差异,突显土体的多尺度特性。本文采用试验与理论分析相结合的方法,研究“膜模型”土体多尺度变形特性。首先根据能量划分准则将土体中的固体颗粒分为基体颗粒（膨润土颗粒）和加强颗粒（石英砂颗粒）,当加强颗粒体分比（加强颗粒体积占土体总体积的比例）大于0.4时则形成“膜模型”土体,此时土体属于粗粒类土;基于“膜模型”框架,设计一系列三轴和直剪试验,从微细宏观多尺度对土体变形和强度特征进行物理机制分析;建立符合“膜模型”土体力学特性变化规律的多尺度理论,并对试验结果进行拟合分析,验证膜模型多尺度理论的适用性。本文主要研究工作与成果如下:（1）通过击样法和冷冻法的对比试验,表明冷冻法既可以保证“膜模型”土体试样的完整性,也不会对其变形和强度特性产生较大影响,是“膜模型”土体合理可行的制样方法。（2）从“膜模型”土的三轴压缩试验结果中可知,随着加强颗粒含量的增大,土体变形表现出软化特性,抗剪强度逐渐增大;随着加强颗粒粒径的增大,土体变形表现出增强特性,抗剪强度逐渐降低;随着干密度的增大或粒间气相孔隙比的减小,土体抗剪强度增大。（3）从“膜模型”土的直接快剪试验结果中可知,随着加强颗粒含量的增大,土体的黏聚力呈现降低趋势,内摩擦角呈现升高趋势;随着干密度的增大或粒间气相孔隙比的减小,土体的黏聚力和内摩擦角都增大;加强颗粒粒径的变化对土体抗剪强度指标影响不大。（4）“膜模型”土体等效基体膜厚度与加强颗粒粒径和基体含量有关,能够综合反映土体颗粒性和结构性的特征,随着等效基体膜厚度的增大,三轴峰值应力逐渐减小,两者存在较强的关联性。（5）通过试验分析表明“膜模型”能够描述土体多尺度变形特性,再采用所建立的多尺度理论公式对试验结果进行拟合分析,初步验证该模型对加强颗粒含量较多的土体具有较好的适用性和有效性。
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