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粗粒土抗剪强度与颗粒粒径及形状的相关性研究 *
Research on Correlation between Shear Strength of Coarse- grained Soil and Particle Size and Shape
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薛明华1  ,  鹿传磊2 ,  林    宇3  ,  关   鹏3  ,  李立辰3

( 1 .  济南市勘察测绘研究院 , 山东 济南 250101 ;  2.   中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心,

黑龙江 哈尔滨 150081 ;  3 .  中国地质大学( 武汉),湖北 武汉 430074)

摘   要 :为了揭示粗粒土抗剪强度与其颗粒粒径和形状的相关性 ,进而实现在不开展相关试验的情况下通过颗粒粒径和形状统计指标估算粗粒土的抗剪强度。采用大尺寸的直剪仪对不同粒径的玻璃珠开展室内直剪试验,在此基础上,采用颗粒流离散元软件对相同形状 、不同粒径以及相同粒径 、不同形状的仿真粗粒土分别开 展了仿真直剪试验 ,揭示颗粒粒径和形状对粗粒土抗剪强度的影响规律 ;采用多元线性回归的方法 ,建立了粗 粒堆积体内摩擦角与颗粒表面积比 、球形度和粒径的函数关系。结果表明:颗粒粒径越大,粗粒土的抗剪强度越大,两者具有较好的二次函数关系;颗粒的球形度共和表面积比可作为影响粗粒土抗剪强度的关键三维形状指标 ;在不考虑颗粒破碎的情况下,颗粒粒径和颗粒形状与内摩擦角有良好的相关性。研究结果可以用于初步估算粗粒土的抗剪强度 ,具有一定的实用性。

关键词:颗粒形状 ;剪切强度 ;粗粒土 ;离散元

中图分类号:TU441            

文献标志码:A            

文章编号: 1005- 8249  (2024)  04- 0074- 07 

DOI:10. 19860/j.cnki.issn1005 - 8249.2024.04.013

 

XUE Minghua1  ,  LU Chuanlei2 ,  LIN Yu3  ,  GUAN Peng3  ,  LI Lichen3

( 1 . Ji ’nan Institute of Geotechnical Investigation and Surveying ,  Ji ’nan 250101 ,  China;   2. Harbin Center for Integrated Natural Resources Survey of China ,  Harbin 150081 ,  China;

3 . China University of Geosciences ,  Wuhan 430074 ,  China)

Abstract:In order to reveal the correlation between the shear strength of coarse-grained soil and its particle size and shape, it is possible to estimate the shear strength of coarse-grained soil through the statistical indicators of particle size and shape without conducting relevant experiments. The laboratory direct shear test was carried out on glass beads with different particle sizes by using a large-size direct shearing apparatus. The simulated direct shear tests were carried out respectively to reveal the influence of particle size and shape on the shear strength of coarse-grained soils. The method of multiple linear regression was used to establish the relationship between internal friction angle and particle surface to volume ratio, sphericity and particle size. The results show that the larger the particle size,the greater the shear strength of coarse-grained soil,and the two have a good quadratic function relationship .The sphericity  to surface area ratio of particles can be used as a key three-dimensional shape index affecting the shear strength of coarse-grained soil.Without considering particle breakage,particle size and particle shape correlate well with the internal friction angle.The results of this study can be used to preliminarily estimate the shear strength of coarse-grained soil, which has certain practicability.

Keywords:particle shape;shear strength;coarse-grained soil;discrete element method


*基金项目: 中国博士后科学基金  (2022M712964) ;  岩土钻掘与防护教育部工程研究中心实验室开放项目  (202203) 。 

作者简介: 薛明华  (1984—) ,  男 ,硕士 ,高级工程师 ,研究方向:岩土工程勘察 、设计。

通信作者:关   鹏  (1988—) ,   男 ,博士( 后),讲师 ,研究方向:岩土工程勘察 、设计。 

收稿日期:2023- 01 - 29