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薛明華¹  ,  鹿傳磊² ,  林    宇³  ,  關   鵬³  ,  李立辰³

( 1 .  濟南市勘察測繪研究院 ， 山東 濟南 250101 ;  2.   中國地質調查局哈爾濱自然資源綜合調查中心，

黑龍江 哈爾濱 150081 ;  3 .  中國地質大學（ 武漢），湖北 武漢 430074)

摘   要 ：為了揭示粗粒土抗剪強度與其顆粒粒徑和形狀的相關性 ，進而實現在不開展相關試驗的情況下通過顆粒粒徑和形狀統計指標估算粗粒土的抗剪強度。采用大尺寸的直剪儀對不同粒徑的玻璃珠開展室內直剪試驗，在此基礎上，采用顆粒流離散元軟件對相同形狀 、不同粒徑以及相同粒徑 、不同形狀的仿真粗粒土分別開 展了仿真直剪試驗 ，揭示顆粒粒徑和形狀對粗粒土抗剪強度的影響規律 ；采用多元線性回歸的方法 ，建立了粗 粒堆積體內摩擦角與顆粒表面積比 、球形度和粒徑的函數關系。結果表明：顆粒粒徑越大，粗粒土的抗剪強度越大，兩者具有較好的二次函數關系；顆粒的球形度共和表面積比可作為影響粗粒土抗剪強度的關鍵三維形狀指標 ；在不考慮顆粒破碎的情況下，顆粒粒徑和顆粒形狀與內摩擦角有良好的相關性。研究結果可以用于初步估算粗粒土的抗剪強度 ，具有一定的實用性。

關鍵詞：顆粒形狀 ；剪切強度 ；粗粒土 ；離散元

中圖分類號：TU441            

文獻標志碼：A            

文章編號： 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

*基金項目： 中國博士后科學基金  (2022M712964) ;  巖土鉆掘與防護教育部工程研究中心實驗室開放項目  (202203) 。 

作者簡介： 薛明華  (1984—) ,  男 ，碩士 ，高級工程師 ，研究方向：巖土工程勘察 、設計。

通信作者：關   鵬  (1988—) ,   男 ，博士（ 后），講師 ，研究方向：巖土工程勘察 、設計。 

收稿日期：2023- 01 - 29