土石混合体是一种特殊的材料,其性质介于土与石之间,在大自然中有着相当广泛的分布。随着近些年来国家对基础建设的大力投资,大量的房屋建筑和公路、桥梁隧道等工程兴建起来,人们开始越来越多的发现并接触这种地质体。土石混合体具有一定的不均勾性和不确定性,而由于目前对这种地质体的特点和工程指标了解匮乏,处理的方法往往偏于保守。因此研究其物理力学性质和变形特性具有重要的理论意义和工程价值。本文依托重庆轨道交通十号线上湾路~环山公园区间的回填土区段,通过理论分析、室内试验、数字图像处理和PFC数值模拟等方法,对回填土区段的土石混合体宏细观力学特性做了较为深入的研究。本文主要开展的研究工作和成果有(1)利用现场采样进行筛分试验,得到土石混合体的级配曲线,然后配置不同含石量(0%,10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%)的试验样本,在不同围压下(200kPa,400kPa,600kPa,800kPa)进行室内三轴试验。结果表明随着围压的增大,土石混合体填料由应变软化型破坏逐渐过渡到应变硬化型破坏,相应的体应变由剪胀型过渡到剪缩型,且含石量越高,较低围压的应变软化及剪胀现象越明显,而较高围压的应变硬化及剪缩现象越弱,同时随试样的含石量从0%增加到80%,内摩擦角总体呈现上升趋势,而粘聚力呈下降趋势。(2)利用筛分后的土石混合体,配置不同含石量的样本,进行数字采集,自编一个程序,利用MATLAB软件进行数字图像的二值化处理,得到不同含石量的土石混合体二值化图。(3)根据二值化图形,建立PFC的数值模型,然后根据实验室得出的应力应变曲线,体积应变曲线和c,ψ値来标定模型的微观参数,建立计算模型,来模拟双轴试验全过程。数值模拟过程中通过设定不同含石量(200 kPa,400 kPa,600 kPa,800kPa),不同加载速(1mm/min,1.5mm/min,2mm/min,3mm/min),和不同尺寸(300×600mm,450×900mm,600×1200mm,900×1800mm)等3个影响因素,来探索土石混合体的细观力学特性的变化规律。(4)数值模拟结果表明1)分析各轴向应变-偏应力曲线可知,加载环境一致,含石量对模型剪切特性影响显著,含石量越高,则偏应力峰值越大,模型表现出更大的刚度,剪应力-剪切应变曲线近弹性段的斜率越大,偏应力峰值对应的轴向应变越小。分析各轴向应变-体积应变曲线可知,随着含石量逐渐增大,轴向应变由剪缩逐渐转变为剪胀,即剪胀性逐渐增强。2)在试样级配、加载条件均保持不变的情况下,模型尺寸增大,偏应力峰值呈减小趋势,偏应力峰值对应的轴向应变也有所减小。对于轴向应变-偏应力曲线的近弹性段,模型尺寸的变化对其影响不大,可以认为模型尺寸与模型整体的刚度无关。分析轴向应变-体积应变曲线可知,随着模型尺寸增大,剪胀量逐渐减小,即剪胀性逐渐减弱。3)加载速率下的轴向应变-偏应力曲线都经历两个阶段,即初始应力增长较快的线弹性变形阶段,和后来的应力缓慢增长的阶段。由第一阶段进入第二阶段的主应力差随着加载速率的增加而有明显增加,即试样初始弹性模量与加载速率正相关。试样的体应变在加载初期都以剪缩为主,但是在低围压下在经历一段时间后过渡为剪胀。