基于3D打印研究颗粒形状对砂土宏观力学性质的影响

颗粒形状是影响砂土宏观力学指标的重要因素。提出一种修正的三维形状系数S'表征颗粒的三维形状,通过3D打印技术打印特定形状的砂颗粒,进行相对密度试验以及颗粒材料在不同相对密度与应力状态下的直剪试验,分别测得不同形状砂颗粒的极限堆积状态和宏观力学响应。试验结果表明:三维形状系数S'可有效克服二维形状指标需确定多参数贡献度的缺陷;随着S'值的增大,颗粒堆积时的最大、最小孔隙比以及两者间的差值均增大;Dr相同条件下,S'值与临界状态摩擦角成正相关,而由于S'值增大时,相同Dr条件下越难达到密实的堆积状态,使得峰值剪胀角与峰值内摩擦角随S'值的增大,表现出先增大后减小的规律,即存在一个临界三维形状系数值。基于试验数据建立S'值与宏观力学指标之间的关系式,为工程设计与数值模拟考虑颗粒形状的影响提供理论依据。