基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法

张佩; 杨承儒; 侯世伟; 杜修力

doi:10.16285/j.rsm.2024.1109

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基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法

数值分析 | 更新时间：2026-06-25

- 基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法
- A mesoscopic numerical method for simulating soil-rock mixture based on cohesive zone element
- 岩土力学 2025年46卷第5期页码：1620-1631
- 作者机构：
  
  1. 北京建筑大学土木与交通工程学院,北京,102616
  2. 沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁,沈阳,110168
  3. 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京,100124
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目（No. 51908023，No. 52025084）;北京市自然科学基金项目（No. 8232007）;北京市教委科研项目——科技计划一般项目（No. KM202310016013）;北京建筑大学金字塔人才培养工程项目（No. JDYC20200312）
- DOI：10.16285/j.rsm.2024.1109
  中图分类号： TU41
- 网络首发：2025-05-07，
  
  纸质出版：2025
- 稿件说明：
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张佩, 杨承儒, 侯世伟, 等. 基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法[J]. 岩土力学, 2025,46(5):1620-1631.

ZHANG Pei, YANG Cheng-ru, HOU Shi-wei, et al. A mesoscopic numerical method for simulating soil-rock mixture based on cohesive zone element[J]. 2025, 46(5): 1620-1631.
张佩, 杨承儒, 侯世伟, 等. 基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法[J]. 岩土力学, 2025,46(5):1620-1631. DOI： 10.16285/j.rsm.2024.1109.

ZHANG Pei, YANG Cheng-ru, HOU Shi-wei, et al. A mesoscopic numerical method for simulating soil-rock mixture based on cohesive zone element[J]. 2025, 46(5): 1620-1631. DOI： 10.16285/j.rsm.2024.1109.

摘要

土石混合体是一种由强度较高的块石和强度较低的土体基质组成的非均质材料，荷载作用下其细观组分具有复杂的相互作用。结合土石混合体的细观结构特征，将土体与块石界面以及土体基质内部视为材料的薄弱位置，基于内聚力模型描述该薄弱位置的裂缝萌生、扩展及断裂，编制内聚力单元插入程序，进而结合材料直剪试验结果，分别给出土体基质内部内聚力单元与土石界面内聚力单元的材料参数确定方法，发展了基于内聚力模型的土石混合体细观数值方法。在此基础上，开展不同细观结构的土石混合体双轴压缩数值试验，结合内聚力单元失效状态，明确不同细观因素对材料宏细观力学特性的影响规律。结果表明：内聚力单元剪切方向最大允许名义应力可由直剪试验荷载位移曲线峰值剪切应力确定，最大有效位移可由最大剪切位移的1/5进行确定，切向摩擦系数可由残余剪切应力与法向应力的比值确定。建立的基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法，可较好地描述材料的力学特性和变形规律，特别是能反映出低围压下的材料应变软化行为。

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