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第 34 卷 第 4 期 岩 土 工 程 学 报 Vol.34 No.4 2012 年 .4 月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Apr. 2012 循环直剪条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎研究 冯大阔 1，2，张建民1，2 （1. 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 100084；2. 清华大学岩土工程研究所，北京 100084） 摘 要循环剪切条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎规律的定量研究具有重要意义。循环剪切时，接触面产生了明 显的颗粒破碎，并显著影响其宏观力学响应。接触面颗粒破碎细观上表现为大颗粒破碎、小颗粒含量增加及大孔隙的 减少或消失，统计上表现为粒径分布曲线的抬升和特征粒径的减小，宏观上表现为接触面不可逆性剪切体变；且不可 逆性剪切体变可作为接触面颗粒破碎等物态演化的宏观度量。接触面颗粒破碎主要由剪切引起，相对破碎率与剪切路 程、不可逆性剪切体变与相对破碎率间的关系均可用双曲线描述。法向应力越大、结构面板越粗糙、硬度越小，接触 面颗粒破碎和损伤越严重；且相对破碎率与法向应力间符合幂函数关系；剪切路径对接触面相对破碎率影响较小。 关键词接触面；粗粒土；颗粒破碎；循环剪切；影响因素 中图分类号TU411 文献标识码A 文章编号1000–4548201204–0767–07 作者简介 冯大阔1984– ， 男， 江苏徐州人， 博士研究生， 主要从事岩土工程研究工作。 E-mail fdk07。 Particle breakage of gravel-structure interface under cyclic shear FENG Da-kuo1, 2, ZHANG Jian-min1, 2 1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Institute of Geotechnical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China Abstract The particle breakage of gravel-structure interface is obviously observed during cyclic shearing, which significantly influences the mechanical response of the interface. The particle breakage mesoscopically leads to the increasing content of relatively small particles and the decrease and even disappearance of large void, statistically causes uplift of grain size distribution curve and reduction of grain size, and is exhibited and can be measured macroscopically by irreversible volumetric change of the interface. The relative breakage ratio of the interface mainly depends on and behaves in hyperbola manner with shear distance and is hardly influenced by shear path. The hyperbola model is also fit for the relationship between irreversible volumetric change and relative breakage ratio of the interface, and the relation between the relative breakage ratio and the normal stress obeys the power function. The type and roughness of the structural plate have effects on the relative breakage ratio of the interface. Key words interface; gravelly soil; particle breakage; cyclic shear; influencing factor 0 引 言 土与结构接触面在实际工程中广泛存在，其力学 特性的研究一直是土与结构相互作用系统研究中重要 而关键的课题。粗粒土作为一种重要的工程材料，以 其在自然界中的广泛分布和良好的工程力学特性，得 到了愈来愈广泛的应用。众多学者（郭庆国等[1]）对 其压实、体变、抗剪强度、渗透及流变等特性进行了 深入研究，并朝高压和复杂应力状态发展。相应地， 粗粒土与结构形成的接触面的力学特性也到了学者 （张嘎[2]、冯大阔等[3]）的重视并进行了研究。 颗粒破碎是粗粒土的重要特性之一[4]，尤其在高 应力状态下其破碎更为明显；颗粒破碎改变了粗粒土 的粒径级配，从而对其力学特性产生重要影响；郭熙 灵等[5]的三轴和平面应变试验表明，颗粒破碎对粗粒 土剪胀性和强度指标有明显影响，且影响程度与破碎 率、试验方式、颗粒形状等有关。郭庆国[1]从实践中 得出，粗粒土风化程度、均匀程度、颗粒硬度、滚圆 度及应力水平等对颗粒破碎有显著影响。Hardin[6]认 为颗粒破碎程度取决于粒径级配、颗粒形状与硬度、 有效应力、应力路径、孔隙比及水的存在等，并引入 相对破碎率概念来描述颗粒破碎程度；刘汉龙等[7]和 魏松等[8]的研究表明，粗粒土峰值内摩擦角与 Hardin 建议的相对破碎率之间呈幂函数关系。此外，常用的 ─────── 基金项目国家重点基础研究发展计划（973）项目（2007CB714108） ； 国家自然科学基金项目（50979046） 收稿日期2011–02–28 768 岩 土 工 程 学 报 2012 年 颗粒破碎量化指标还包括破碎率 Bg（Marsal[4]）和限 制粒径变化差 B60等。 接触面研究表明[2]粗粒土与结构接触面在二维 循环剪切时亦会产生明显的颗粒破碎等物态演化现 象，并决定着接触面宏观力学特性的演化；因此研究 接触面在循环剪切过程中的颗粒破碎现象及规律具有 重要的理论意义。而接触面的颗粒破碎主要发生在结 构面板附近的一薄层区域内， 其厚度即为接触面厚度； 接触面的变形发展、应力传递、颗粒调整变位和破碎 演化等均主要发生在这一区域。一些学者从宏观、细 观乃至数值模拟的角度对接触面厚度进行了研究。 Desai 等[9]认为接触面的剪切破坏发生在结构面板附 近的土体中；胡黎明等[10]通过改进的直剪仪及数字照 相技术，从细观上确定了砂土与结构接触面厚度约为 5D50（平均粒径） ；Frost 等[11]亦通过类似技术确定其 厚度为（5～7）D50。Wang 等[12]通过二维离散元分析， 认为接触面“强烈剪切带”最大厚度为（8～10）D50。 张嘎[2]采用大型二维接触面直剪仪及数字照相技术， 认为粗粒土与结构接触面厚度为（5～6）D50。 以往学者对粗粒土与结构接触面在循环剪切条件 下颗粒破碎研究的较少，仅有的研究成果[2]也是定性 的，且局限于二维条件；因此有必要对三维循环剪切 条件下粗粒土与结构接触面的颗粒破碎规律及其机理 进行较为精确地定量研究。本文利用自主研制的 80 t 大型三维接触面试验机， 对粗粒土与结构接触面在二、 三维循环直剪条件下的颗粒破碎现象、规律及其与接 触面宏观力学特性关系进行了分析和总结，并探讨了 法向应力、剪切路径和结构面板性状等因素的影响。 1 试验简介 1.1 试验设备与材料 试验采用自主研制的80 t大型三维接触面试验机[13] 进行，其主要性能与指标详见文献[13]。该试验机具 有三维化、大尺寸、高加载、多功能、自动化、高精 度、模块化等优点，适用于研究各类接触面在复杂加 载条件下的二、三维静动力学特性。 试验用土为北京龙泉麦子峪采石场天然开采的粗 粒料，颗粒有一定的尖角锐缘，粒径范围 5～16 mm， 平均粒径 D509.0 mm；不均匀系数 Cu1.8，曲率系数 Cc0.9，为不良级配粗粒土。制样时采用图 1 所示级 配拌料、分层击实，并控制其干密度为 1.78 g/cm3。 常规三轴试验结果表明该粗粒土软化现象不明显，内 摩擦角可表示为ϕ50-8 3a lgpσ−； 低围压下剪 胀明显，高围压下主要为剪缩。图2给出剪切前试样 表面照片，试样直径500 mm，高225 mm。结构面板 主要为表面均匀布有2 mm高的标准正四棱台的三维 粗糙钢板， 其粗糙度可用正四棱台高度来表示， 即R2 mm。接触面单调直线剪切试验表明该接触面切向 应力应变关系亦基本不存在软化现象，其强度和法向 应力符合莫尔–库仑准则τfσtanϕi，且接触面摩擦角 约为ϕi35。 同时，结构面板还包括粗糙度R1 mm和3 mm 的三维粗糙钢板、粗糙度R3 mm的搓衣板型岩石板 及平均粗糙度R≈2 mm的人工浇筑混凝土板，以研究 结构面板类型和粗糙度对接触面颗粒破碎的影响。 图 1 试验用粗粒土粒径分布曲线 Fig. 1 Grain size distribution of gravelly soil 图 2 试样表面照片 Fig. 2 Photograph of specimen surface 1.2 剪切路径 剪切路径包括单向往返、单向和往返圆形及往返 圆弧形四种位移控制剪切路径， 其示意图如图3所示。 单向圆形路径如图3（a）中①-②-③-④-①-所示， 往返圆形路径如图3（a）中①-②-③-④-④-③-②-①- ①-所示，往返圆弧剪切路径如图3（b）中 ①-②-③-④-①-所示；为便于比较分析，规定①-②- ③-④或④-③-②-①均为一完整循环。其中，通过改变 圆弧的半径r及旋转角度α可实现不同圆弧剪切路径。 单向往返剪切路径是指沿直线进行往返剪切的循环过 程，当往返圆弧路径的r∞、α0时即为单向往返 路径。本文中单向往返路径的位移幅值、圆形路径的 第 4 期 冯大阔，等. 循环直剪条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎研究 769 半径及圆弧路径的单边弧长（角度α对应的弧长）均 为ur40 mm。 图 3 接触面循环剪切路径示意图 Fig. 3 Schematic view of cyclic shear paths of interface 1.3 接触面厚度 综合以往学者对接触面厚度的研究，可以看出， 平均粒径D50在一定程度上决定了颗粒间自锁、转动 和调整以及颗粒破碎潜在能力[14]，故建议的接触面厚 度亦主要与平均粒径D50有关；张嘎[2]直剪试验细观 观察表明， 粗粒土与结构接触面厚度约为 （5～6）D50； 结构面板粗糙度和法向应力对其影响不大。本文所有 接触面试验亦在直剪型容器中进行，同时通过粗粒土 与结构接触面循环剪切后的试验照片（如图4所示） 可以发现，颗粒破碎基本上亦集中在这个范围内；因 此本文试样筛分厚度取为5.5D50左右， 即45～50 mm。 以该厚度内土体粒径级配和相对破碎率来量化分析循 环剪切条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎程度及法 向应力、剪切路径和结构面板等的影响。 需要说明的是，接触面颗粒破碎的范围（破碎带 厚度）是随循环剪切的进行逐渐增大的[2]，但最终将 趋于稳定 （该稳定值即为接触面厚度） ， 而且颗粒破碎 的程度也随靠近结构面板距离的增大而减小；因此本 文给出的粒径分布曲线和相对破碎率实际上是接触面 厚度（剪切区域）内颗粒破碎的平均体现。 图 4 接触面颗粒破碎区域厚度 Fig. 4 Thickness of the particle breakage zone of the interface 2 试验观察 图5给出法向常应力（σ0400 kPa） 、单向往返剪 切路径下粗粒土与结构接触面试验结果，包括切向应 力τ、剪切体变v、不可逆性剪切体变vir、可逆性剪切 体变vre随循环周次N的时程曲线；其中结构面板为 粗糙度R2 mm的钢板，以下如无特别说明，均指该 结构面板。图6给出特定循环周次（N5，10，20， 35，70）接触面试样表面及翻开后试样内部的照片。 图 5 接触面试验结果 Fig. 5 Cyclic test results of interface 图 6 接触面颗粒破碎照片 Fig. 6 Photographs of particle breakage of interface 可直观地看出，在循环剪切过程中接触面内土颗 粒发生明显的破碎，接触面发生了显著的损伤等物态 770 岩 土 工 程 学 报 2012 年 演化，当结构面板较坚硬、基本不产生损伤时，接触 面损伤主要表现为相对滑动导致的颗粒磨损及应力过 大导致的颗粒破碎；接触面颗粒破碎不仅仅是棱角损 伤，在剪切到一定程度后更多的是整体破碎成更小粒 径的颗粒，甚至会成为粉末状。接触面颗粒破碎程度 随循环剪切的进行而逐渐增大；循环剪切后期颗粒破 碎成粉末后便基本趋于稳定。接触面颗粒破碎的直接 结果是土体大孔隙的减少或消失、孔隙率的降低及接 触面内土体变密实；宏观上表现为接触面产生的不可 逆性剪切体变及其随循环周次单调增长的趋势（图5 所示） 。 接触面内土颗粒破碎及土体的剪切压密对其法 向和切向力学特性均有影响 随着接触面的剪切压密， 其不可逆性剪切体变的增加速率由于其自身的累积而 逐渐减小， 切向应力应变关系亦发生剪切硬化现象[3]， 即每个循环周次接触面初始切向刚度会逐渐增大。 3 规律分析 3.1 粒径分布曲线演化 图7给出法向常应力（σ0400 kPa） 、单向往返路 径下特定循环周次（N0（剪切前） ，1，2，5，10， 20，35，50和70）接触面粒径筛分曲线；图8相应给 出小于某粒径的土质量百分数随循环周次N的变化曲 线；图9给出不同粒组的土质量百分数随循环周次N 的变化时程。可以看出粗粒土与结构接触面在循环剪 切过程中发生了明显的颗粒破碎；在法向应力保持不 变的情况下， 接触面的颗粒破碎主要是由剪切引起的。 颗粒破碎导致接触面粒径分布等曲线产生显著变化， 具体表现为粒径分布曲线的抬升（图7所示）及小于 某粒径的土质量百分数随循环周次的增大而增加（图 8所示） ； 细观上表现为大颗粒的破碎及小颗粒含量的 增加（图9所示）而导致大孔隙的减少甚至消失。大 颗粒 （如10 mm以上） 中含有更多更大的裂隙和缺陷， 尖角上的接触力也相对较大，从而接触面剪切时大颗 粒较容易破碎、且含量降低很快；而小颗粒（如7～5 mm）的缺陷相对较少，其破碎的概率也较低，同时 又有大颗粒破碎的补充，故其含量降低要慢一些。 由图9看出，接触面颗粒破碎速率总体上在初始 几个剪切循环内较大，即接触面损伤较快；随循环剪 切的进行、大颗粒破碎程度的增大及数目的减少，其 总体破碎速率则逐渐减小，接触面损伤变慢，最后有 基本稳定的趋势。小颗粒的增加速率亦在初始几个剪 切循环内较快， 随循环剪切的进行， 部分粒组 （如5～ 2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm）土颗粒含量会趋于稳 定；粒径很小的颗粒（如0.5～0.25 mm、0.25 mm） ， 其含量在70循环时仍未稳定；尤其是粒径小于0.25 mm的颗粒，在70循环时其含量仍有较大增加趋势， 且50循环后超过其他粒径、 逐渐占主导地位； 从而使 小于某粒径土质量百分数在剪切后期仍有少许增加趋 势。 图 7 单向往返路径接触面粒径分布曲线 Fig. 7 Grain size distribution of interface 图 8 单向往返路径接触面粒径分布随循环周次的演化 Fig. 8 Gradation evolution of interface with shear cycles 图 9 单向往返路径接触面粒组含量变化曲线 Fig. 9 Particle content of interface in different fractions 3.2 级配特征参数演化 为全面分析循环剪切时接触面颗粒破碎和物态演 化规律，图10给出平均粒径D50、有效粒径D10、控 制粒径D60、D30及不均匀系数Cu、曲率系数Cc等级 配特征参数随剪切路程sumu（切向位移u的标量和） 的变化曲线；其中，剪切后期D10及Cu、Cc值受最小 粒径影响，本文取为筛分法允许的最小粒径0.075 mm，其亦为粗粒土与细粒土的分界粒径，且接近 第 4 期 冯大阔，等. 循环直剪条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎研究 771 Hardin[6]提出的颗粒破碎极限粒径（0.074 mm，小于 该粒径时颗粒基本不再破碎） 。可以看出平均粒径 D50、有效粒径D10、控制粒径D60和D30等均随循环 剪切的进行、剪切路程的增加而逐渐减小，说明接触 面内土颗粒粒径总体上在减小，且减小速率亦随之降 低。 有效粒径D10最后基本上趋于稳定； 平均粒径D50 和控制粒径D30、D60在剪切后期仍有少量增加，但有 趋于稳定的趋势。 图 10 级配特征参数变化曲线 Fig. 10 Parameter evolution of grain size distribution 图10（b）表明，接触面内土体的不均匀系数Cu 随剪切路程的增加而增大，而后稍有减小；说明接触 面内土体的不均匀程度逐渐增强，而后由于小颗粒含 量的持续增加其不均匀程度稍有减弱。曲率系数Cc 随剪切路程的增加则呈现先增大后明显减小的趋势； 接触面内土体在循环剪切过程中经历了级配不良、到 级配良好、 再到级配不良的过程。 在初始几个循环内， 接触面内土颗粒粒径较大，且初始级配不良，因此颗 粒破碎较快且程度较大；随循环剪切的进行，颗粒粒 径的减小及小颗粒含量的增加，土体级配也逐渐变得 良好，故颗粒破碎的速率也随之减小；在剪切后期， 由于颗粒破碎程度已经很大、主要为基本不再破碎的 小颗粒时，又可能会变得级配不良。 3.3 相对破碎率演化 如前所述，在法向应力不变时，接触面颗粒破碎 主要由剪切引起；为寻找循环剪切时接触面颗粒破碎 的决定性因素，对接触面相对破碎率Br（Hardin[6]） 进行了整理；图11给出其随剪切路程sumu的变化曲 线。可以看出，3种剪切路径下相同剪切路程对应的 接触面相对破碎率差别很小，且随剪切路程呈单调增 长；说明接触面内土颗粒破碎程度主要与剪切路程有 关，受剪切路径影响较小。随循环剪切的进行、剪切 路程的增加，接触面相对破碎率呈单调增长，增长速 率则逐渐减小；进一步证明了接触面内土颗粒破碎程 度增大及速率减小的过程。 图11亦给出接触面相对破 碎率Br与剪切路程sumu的双曲线（公式1）模拟结 果（亦给出sumu/Br与sumu线性拟合时R2值） ，可以 看出模拟效果良好；说明在法向应力不变时，接触面 相对破碎率取决于剪切路程，两者呈双曲线关系。 r sum sum u B uβα ⋅ 。 1 图 11 接触面相对破碎率与剪切路程关系 Fig. 11 Relationship between breakage ratio and shear distance 3.4 颗粒破碎与宏观特性关系 接触面内土颗粒破碎的直接结果是大孔隙的减小 或消失，宏观上表现为接触面不可逆性剪切体变的单 调增长。为分析接触面颗粒破碎与不可逆性剪切体变 的关系，图12给出接触面不可逆性剪切体变vir与相 对破碎率Br关系，两者亦可用双曲线关系描述，即 r ir r B v ba B ⋅ 。 2 图 12 接触面不可逆体变与相对破碎率关系 Fig. 12 Relationship between irreversible volumetric change and ..relative breakage ratio of interface 图12亦给出公式（2）模拟结果、相关参数值及 Br/vir与Br线性拟合时的R2值。可以看出，拟合结果 较为理想；这说明二维和三维循环剪切时接触面不可 逆性剪切体变与颗粒破碎有直接关系，其主要是由接 触面内土颗粒破碎及颗粒调整而导致大孔隙减小乃至 消失形成的，不可逆性剪切体变是接触面内土颗粒破 碎、损伤等物态演化的宏观体现，可作为接触面颗粒 772 岩 土 工 程 学 报 2012 年 破碎等物态演化的宏观度量。接触面物态演化的另一 个结果是加载阶段接触面初始切向刚度的逐渐增大 （如图13所示） ，即接触面在不断的剪切硬化；接触 面主切向应力应变关系由双曲线形式向理想弹塑性模 型转变。同时，由图5和图13可以看出，接触面抗剪 强度随循环剪切的进行变化不大，说明颗粒破碎对接 触面强度影响不大；颗粒破碎会导致粗粒土强度及摩 擦角降低[5, 7-8]，但是由于土体剪切压密、接触面不断 剪切硬化，同时会导致接触面强度升高；两者平衡的 结果是接触面抗剪强度基本不变。 图 13 特定循环周次接触面主切向应力应变关系 Fig. 13 Relationship between shear stress and strain of interface 4 影响分析 本节主要探讨法向应力、结构面板类型和粗糙度 及剪切路径对接触面颗粒破碎等物态演化的影响。 4.1 法向应力影响 研究表明，粗粒土颗粒破碎的程度与其受到的应 力有很大关系[8]。表1给出不同法向应力、单向往返 路径下循环周次N50时接触面相对破碎率；可以看 出，法向应力对接触面颗粒破碎有一定影响；随法向 应力增大，接触面相对破碎率Br逐渐增大。图14的 接触面相对破碎率与法向应力关系表明，可用幂函数 BrKσ/pan来描述两者关系，且模拟效果较好。与一 般粗粒土不同的是[8]，接触面颗粒破碎程度较一般粗 粒土大得多；且法向应力较小时，接触面相对破碎率 随法向应力的增大而很快增加，法向应力较大时增加 速率则相对较小；进一步说明接触面颗粒破碎很大程 度上是由剪切作用引起的，即使在较小法向应力下也 会发生较大程度的颗粒破碎；法向应力在一定程度上 影响接触面颗粒破碎程度及相对破碎率。 表 1 不同条件下接触面相对破碎率循环周次 N50 Table 1 Breakage ratios of interface under different conditions 法向应 力σ/kPa 相对破 碎率 Br 旋转角度 α/ 相对破 碎率 Br 结构 面板 相对破 碎率 Br 200 0.264 14.3 0.309 钢 R10.281 400 0.308 57.3 0.306 钢 R30.465 700 0.346 90.0 0.303 岩石板0.477 1000 0.379 120.0 0.301 砼 板0.345 图 14 接触面相对破碎率与法向应力关系（N50） Fig. 14 Relationship between breakage ratio and normal stress 4.2 剪切路径影响 由图10可以看出， 单向往返、 单向圆形和往返圆 形路径下接触面特征粒径、不均匀系数及曲率系数随 剪切路程的变化形式基本一样，但数值稍有不同；图 11则说明接触面相对破碎率受剪切路径影响较小、 主 要取决于剪切路程。 图12则表明3种剪切路径下接触 面不可逆性剪切体变与相对破碎率均符合双曲线关 系，但数值上亦稍有差别。这是因为接触面可逆性剪 切体变主要与颗粒破碎有关，但同时也稍受颗粒调整 和重排列的影响；相同剪切路程下，单向往返路径经 历的循环周次多，接触面剪切方向转变的次数也多， 从而在剪切初期颗粒调整较为充分，因此不可逆性剪 切体变及其速率稍大一些。表1中不同旋转角度圆弧 剪切路径下接触面相对破碎率差别亦较小，进一步说 明剪切路径对接触面颗粒破碎影响较小，对接触面不 可逆性剪切体变有一定影响，但均不起决定性作用。 4.3 结构面板影响 表1亦给出给出单向往返路径下、 循环周次N50 时不同结构面板与粗粒土形成的接触面相对破碎率； 其中钢R1是指粗糙度为R1 mm的钢板， 钢R3是 指粗糙度为R3 mm的钢板。可以看出，结构面板粗 糙度对接触面相对破碎率有较大影响，当粗糙度较小 时，接触面内土颗粒破碎也相对较少；当粗糙度较大 时，接触面颗粒破碎也相对较多。这是因为当结构面 板较粗糙时，与接近的土颗粒间摩擦较大，带动结构 面板附近土颗粒翻滚、爬升的程度更剧烈，因此颗粒 破碎也较严重，接触面损伤也较大；反之亦然。 对于不同类型的结构面板，粗糙度较大的岩石板 和坚硬钢板 （R3 mm） 与粗粒土构成的接触面相对破 碎率较大，接触面颗粒破碎较多；且岩石板接触面颗 粒破碎程度较钢板的稍大一些，这是因为在循环剪切 过程中，岩石板由于硬度相对较小，本身也产生了一 定的损伤；该损伤统计入接触面粒径分布曲线中，从 而相对破碎率稍大一些。粗糙度较小的混凝土板与粗 粒土构成的接触面相对破碎率则小一些，但比同粗糙 度坚硬钢板接触面则稍大一些， 是因为混凝土面板硬度 相对较低而发生损伤并计入接触面相对破碎率之故。 第 4 期 冯大阔，等. 循环直剪条件下粗粒土与结构接触面颗粒破碎研究 773 5 结 论 （1） 粗粒土与结构接触面在循环剪切过程中发生 了明显颗粒破碎和损伤现象，并对接触面宏观力学响 应有显著影响，主要为接触面不断剪切硬化及不可逆 性剪切体变的单调增长， 对接触面抗剪强度影响不大。 （2） 接触面损伤主要表现为大颗粒的破碎及小颗 粒含量的增加；在法向应力恒定时，接触面颗粒破碎 程度主要取决于剪切路程，相对破碎率随剪切路程的 增加逐渐增大，两者可用双曲线关系描述。 （3）接触面颗粒破碎导致了粒径分布曲线的抬 升，特征粒径的减小，接触面内土体经历了初始级配 不良、级配良好再到级配不良的过程；同时也导致大 孔隙减少或消失，宏观上表现为接触面不可逆性剪切 体变；其可作为接触面颗粒破碎、损伤等物态演化的 宏观度量，且与相对破碎率之间符合双曲线关系。 （4） 法向应力及结构面板类型和粗糙度对接触面 颗粒破碎有一定影响；法向应力越大，接触面相对破 碎率越大，两者可用幂函数描述；结构面板越粗糙， 接触面颗粒破碎越多；结构面板硬度不高时，其本身 也会产生损伤，一定程度上增加了接触面的损伤；剪 切路径对接触面相对破碎率影响较小，但对接触面不 可逆性剪切体变有一定影响。 参考文献 [1] 郭庆国. 粗粒土的工程特性及应用[M]. 郑州 黄河水利出 版社, 1998. 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