史旦达，杨晨捷，薛剑峰，王 威

（1.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306；2.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065；3.新南威尔士大学 工程与信息学院，澳大利亚 堪培拉 2612）

1 研究背景

在基坑开挖、路堤填筑和预制桩贯入等岩土工程实际问题中，地基土体常常处于复杂应力状态，其土单元体的水平面上会受到正应力和剪应力的共同作用，此时主应力方向不再处于竖直或水平方向，即存在主应力方向的偏转[1］。由于土体的原生各向异性，在不同主应力方向加载条件下，土体的剪切力学响应会产生一定差异[2］。空心圆柱仪（Hollow Cylinder Apparatus，HCA）是目前研究复杂应力条件下土体各向异性剪切特性的常用试验工具，针对砂土等散体颗粒材料，Yang等[3］、冷艺等[4］、许成顺等[5］、于艺林等[6］和Cai等[7］均采用空心圆柱仪研究了不同主应力方向定向剪切条件下砂土的强度和变形特性，试验研究总结了很多有益的规律。然而，常规的HCA试验只能分析试样宏观的力学响应，尚不能从细观层面分析试样内部剪切带、接触力链及细观组构的演化规律，这不利于土体各向异性宏细观规律的深入研究。鉴于此，近年来针对空心圆柱仪的构造和加荷特点，采用离散单元法（Discrete Element Method，DEM）对空心圆柱试验展开宏细观模拟的研究受到了广泛关注。例如，Li等[8-10］基于离散元PFC3D（Particle Flow Code in 3-Dimension）数值模拟平台构建空心圆柱数值试样，通过捕获颗粒试样内部孔隙率和剪应变率的分布探讨了剪切带的演化规律，并且分析了主应力方向和中主应力对非共轴特性的影响。……