Page 47 - 水利学报2021年第52卷第11期

粒更容易达到其自身的强度极限，使得颗粒发生破碎，这种破碎程度亦会随循环幅值的增大而增大。
5.3 耦合作用下的塑性应变机理分析 在耦合作用下引起的尾粉砂轴向瞬时总应变ε ′为：
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ε ′ = ε p + ε q = ε p + ε p + ε q + ε q （12）
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式中：ε p 、ε q 分别为循环球、偏应力引起的瞬时应变；ε p 、ε q 分别为循环球应力引起的可恢复弹性
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应变、不可恢复的塑性应变；ε q 、ε q 分别为循环偏应力引起的可恢复弹性应变、不可恢复的塑性应
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变。在循环球-偏应力耦合作用下，各分量均会发生变化。如图 17，ε p 、ε q 在循环应力的作用下呈
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单调递增的趋势；而ε p 、ε q 随着循环应力的周期性变化呈周期性波动变化。
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孔压初始阶段： ε p + ε q ≪ ε p + ε q ，此时主要体现弹性性质。从微观角度上，由于颗粒间复杂
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的摩擦接触作用，尾粉砂颗粒间总会存在很多不稳定的大孔隙 （见图 18（a））。在循环球应力的作用
下，土体受到各项等值的应力，不均匀分布的大孔隙逐渐消失，孔隙水压力的消散速度较快。此时
主要由土颗粒骨架间的摩擦接触力承担循环偏应力的作用。从宏观层面上，累积孔压和塑性应变增
长缓慢。
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孔压快速增长阶段：ε q 、ε p 应变量开始累积，ε p 、ε q 引起的波动幅度在不断的增加。在循环球
应力作用下，部分颗粒发生偏转、滑移、少量破碎；而在循环偏应力的作用下，颗粒破碎的程度加
剧，孔隙均匀化，产生的孔压不能及时消散。从宏观层面上，导致累积孔压快速增长。但由于土颗
粒骨架仍具有稳定性，此时仅发生较小的塑性应变。
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孔压稳定增长阶段：ε p 、ε q 应变量有明显的累积，且瞬时孔压随循环荷载发生周期性波动，此
时既体现弹性性质，又体现塑性性质；由于循环荷载的往复变化，饱和尾粉砂出现两种不同状态（见
图 18（b））的交替变化。（1）悬浮状态。此时 p ampl =0、q ampl =0，尾粉砂颗粒间相互脱离接触。（2）接触状
态。此时 p ampl ≠0、q ampl ≠0，尾粉砂颗粒间在循环荷载的作用下相互紧密接触，形成了一个可以抵抗
外部荷载的土骨架，且在循环偏应力加载曲线的波峰和波谷处，骨架承担的外部荷载最大。在循环
球-偏应力耦合作用下，颗粒的悬浮仅仅是暂时状态，随着施加的循环荷载的继续作用，颗粒间又相
互靠近接触，重新形成一个可以抵抗外部荷载作用的骨架；在这个过程中，循环球应力作用使得颗
粒偏转、滑移程度随着循环振次的增加而增加，细颗粒填充至粗颗粒间，颗粒间孔隙进一步均匀

振次 N（次）
图 17 应变与孔压关系
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