正融碎屑冰冻体剪切强度劣化机理数值模拟研究

碎屑冰冻体; 融化; 直剪试验; 剪切力学行为; 有限-离散元;
["孟秋杰","宋宜祥","黄达","马文著","钟助"] 2024-03-20 期刊论文
冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响,由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为,提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型(F-DEM)。模型将碎屑冰冻体概化为冻土、碎石实体单元以及黏聚力单元,将根据试验所得的碎屑冰冻体抗剪强度升温劣化描述为黏聚力单元的黏结强度的升温劣化过程。首先,在冻土内预置使用“牵引-分离”准则的黏聚力单元来代表孔隙冰。然后,在Abaqus软件中使用用户自定义子程序VUSDFLD,通过温度场变量对黏聚力单元的黏结强度劣化规律进行控制。将数值结果与试验进行对比,发现峰值抗剪强度、变形模式、破坏模式等宏观响应特征和强度劣化规律与试验结果吻合较好。对融冰率、碎石率和载荷水平等条件对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响进行了研究,结果表明:当融冰率≤2%,剪切破坏模式为粗糙的“锯齿状”;随着融冰率增加(> 2%),剪切破裂面逐渐向较为平滑的“圆弧状”转变。在冻土-碎石界面,由于强度差异较大容易形成应力集中,导致裂缝沿该界面形成渐进式贯通。含石率的增加会导致碎屑冰冻体抗剪强度的降低。随融冰率...
来源平台:煤炭学报