摘 要：颗粒破碎是当前岩土工程与岩土力学的热点研究问题。本文基于离散元PFC3D数值模拟平台，对八面体剪应力破碎准则下的硅质砂一维压缩数值模拟使用叠合法进行了研究。结果表明：考虑八面体剪应力破碎准则最接近于真实材料的颗粒破碎，进而对2个子颗粒数目下的破裂模式运用叠合法进行一维压缩数值模拟。

关键词：颗粒破碎；破碎准则；破裂模式；一维压缩；离散元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.200

1 引言

颗粒材料作为路基持力层与岸坡构筑材料，承受各类的静、动荷载。在这些荷载的作用下，颗粒破碎会以磨损或完全破碎的形式发生，甚至会引起路基、岸坡等岩土工程的稳定性问题。Terzaghi和Peck（1948）[1]曾对砂土进行了高应力条件下的一维压缩试验，应力高达96.5MPa，颗粒破碎十分显著。而DeBeer（1963）[2]对Terzaghi所提出的结论进行验证并得出：以9.8MPa为分界点，大于9.8 MPa时，随着应力的增大，破碎现象会急剧增加。McDowell等（1998）[3]对颗粒材料进行了一维压缩破碎试验并对破碎过程中的微观力学进行了研究，发现在压缩过程中土颗粒的张拉强度符合韦伯统计规律。本文便基于离散元PFC3D5.0软件，使用叠合法探讨Mcdowell（2013）[4]八面体剪应力破碎准则对颗粒破碎的影响。

2 数值模型

2.1 模拟方法与参数

随着计算机技术的发展，目前使用较多的岩土模拟软件分为两大类：有限元和离散元。离散元法的思想最早起源于二十世纪50年代的分子动力学，而颗粒流方法正属于颗粒离散元法的一种。国内外的研究中，普遍使用DEM离散元破碎模拟方法来进行关于颗粒破碎问题的数值模拟，研究者们用绑定法做了许多有意义的研究，本文采用的是“碎片替换法”，即用若干子颗粒替代破碎前的母颗粒，但仍需确定好母颗粒的破碎强度准则和子颗粒的分布组成。……