中文摘要：

波浪、交通和地震等荷载条件下地基土体中产生的动应力主轴的往复旋转作用，可引起土体产生足够大的变形而得到学术界的高度重视，但迄今对该力学行为及其产生机理仍缺乏深入的认识。本项目拟采用物理试验和数值试验相结合、宏观分析和细观分析相结合的研究方法，探讨应力主轴循环旋转作用条件下以砂土为主要研究对象的粒状介质变形等力学行为，着重探究变形的组构演化规律与内在机理，揭示材料各向异性的定量影响。首先，改进现有空心扭剪试验机的体应变量测系统，发展新的粒状介质数值试验模拟和细观组构定量分析技术；其次，通过对砂土和多种理想粒状材料进行系统的物理试验，研究不同静应力组合和初始主应力偏转角的应力主轴循环旋转作用等试验条件下材料的基本变形规律；再次，用物理试验成果验证所提出的数值试验模拟技术的有效性，进而采用数值试验揭示更为复杂的应力主轴循环旋转作用条件下的宏观力学响应与细观组构演化规律，以期揭示其产生的内在机理。

结论摘要：

波浪、交通和地震等动荷载作用条件下地基土体中产生的应力主轴往复旋转作用可引起土体产生不容忽视的变形。对该力学行为及其产生机理进行深入研究是十分必要的。本项目采用物理试验和数值试验相结合、宏观分析和细观分析相结合的研究方法，探讨了应力主轴循环旋转作用条件下以砂土为主要研究对象的粒状介质变形等力学行为，着重探究了变形的组构演化规律与内在机理，揭示了材料各向异性的定量影响。首先，研制了大型智能控制压扭多轴加载试验机，获国家发明专利1项。该试验机具有5套伺服控制系统，能完成扭剪、平面应变、真三轴等多种复杂应力路径的试验。在已有的离散元分析方法基础上，该项目发展了新的粒状介质数值试验模拟和细观组构定量分析技术,为揭示粒状材料组构演化规律提供基础。其次，对多种粒状介质进行了系统的应力主轴循环旋转作用的力学试验，揭示了应力主轴循环旋转作用条件下的主要宏观力学响应规律。试验表明，饱和砂土和各向异性砂土在纯应力主轴循环旋转条件下的体变可分为可逆和不可逆两部分，且应力主轴和应变增量主轴之间存在非共轴现象；饱和砂土在非零初始静应力和主轴往返旋转共同作用下表现出明显的剪胀特性；揭示了颗粒形状以及颗粒滑移、转动和破碎对粒状介质的各向异性和宏观力学响应影响的内在机理；揭示了考虑应力主轴旋转条件下粒状介质与结构接触面的三维力学特性，分析了不同影响因素下粒状介质与结构相互作用规律。最后，将基于物理试验的宏观力学响应研究与基于数值模拟的细观组构演化分析紧密相结合，在验证数值模拟技术有效性的基础上，开展了对更为复杂的循环加载条件下粒状介质的力学特性和细观组构演化规律的研究，进一步揭示了其内在机理。