苑偉娜 范 文 鄧龍勝 李維婉 周彥妍

(長(zhǎng)安大學(xué)， 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院， 西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710054， 中國)

0 引 言

土的結(jié)構(gòu)是土顆粒或集合體在空間上的排列以及它們之間的聯(lián)結(jié)，分為顆粒骨架、孔隙和聯(lián)結(jié)3個(gè)方面的特征。黃土是典型的結(jié)構(gòu)性土，微結(jié)構(gòu)控制著黃土的物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響著工程土體的穩(wěn)定性(彭建兵等， 2014； 邵生俊等， 2014； Ng et al.，2017； Luo et al.，2018)。研究黃土微結(jié)構(gòu)及其對(duì)力學(xué)行為的影響是黃土力學(xué)的重要內(nèi)容(謝定義， 2001)。

黃土微結(jié)構(gòu)一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題之一，隨著科學(xué)觀測(cè)技術(shù)的不斷提高，黃土微結(jié)構(gòu)的研究成果在逐步深化。許多學(xué)者先后借助激光粒度儀、壓汞儀、顯微鏡，掃描電鏡等手段，對(duì)黃土的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究工作，揭示了黃土的顆粒、孔隙和膠結(jié)特征(張宗祜， 1964； 高國瑞， 1980； Pye， 1995)，實(shí)現(xiàn)了黃土的二維微結(jié)構(gòu)定量化研究，也提出了“結(jié)構(gòu)強(qiáng)度”、“綜合結(jié)構(gòu)勢(shì)”等結(jié)構(gòu)性表征參數(shù)(謝定義等， 1999)。近年來，一些學(xué)者開始采用計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)技術(shù)開展黃土三維微結(jié)構(gòu)相關(guān)的研究工作(蒲毅彬等， 2000； 朱元青等， 2009； Li Y R et al.，2018； Wei et al.，2019; Li P et al.，2020； Yu et al.，2020； Wei et al.，2020)，取得了一系列成果，但黃土三維微結(jié)構(gòu)量化及建模方面的研究工作仍在探索階段。

國內(nèi)外學(xué)者也關(guān)注到黃土微結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響并展開了相關(guān)研究。Matalucci et al. (1970)最早通過室內(nèi)直剪和三軸試驗(yàn)研究了黃土顆粒排列對(duì)剪切強(qiáng)度的影響。一些學(xué)者通過對(duì)比分析原狀黃土試樣與重塑黃土試樣剪切試驗(yàn)的結(jié)果來間接研究結(jié)構(gòu)對(duì)黃土力學(xué)性質(zhì)的影響及相應(yīng)的機(jī)理(Wen et al.，2014； Xu et al.，2016； Ng et al.，2017)。許多學(xué)者也對(duì)黃土試樣在載荷作用下的結(jié)構(gòu)演化展開了研究(Hu et al.，2001； 雷勝友等， 2004； Yuan et al.，2019)。這些研究工作主要基于試驗(yàn)方法從不同角度探討了黃土微結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)行為的控制作用。但是黃土的微結(jié)構(gòu)特征是顆粒結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu)和膠結(jié)三方面綜合的結(jié)果，各方面都包含多個(gè)結(jié)構(gòu)要素，試驗(yàn)的方法難以控制單個(gè)結(jié)構(gòu)要素對(duì)于力學(xué)性質(zhì)的影響，而深入分析各個(gè)結(jié)構(gòu)要素的影響是揭示黃土宏觀力學(xué)行為微觀機(jī)制的基礎(chǔ)。數(shù)值模擬方法具有這方面的優(yōu)勢(shì)，其中：顆粒流離散元數(shù)值模擬方法在巖石、砂和土石混合體等地質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)方面的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。李識(shí)博等也采用該方法研究黃土的力學(xué)性質(zhì)(李識(shí)博等， 2013； Jiang et al.，2017； 同霄等， 2019)，蔡瑋彬等(2014)借助該方法分析了黃土的膠結(jié)特征，這些研究也驗(yàn)證了顆粒流離散元數(shù)值方法對(duì)于黃土微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)研究的適用性。因此，采用顆粒流離散元數(shù)值方法研究黃土骨架顆粒的各個(gè)結(jié)構(gòu)要素對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響是必要和可行的。

本文擬通過X射線CT技術(shù)觀測(cè)黃土微結(jié)構(gòu)，借助Avizo軟件定量分析黃土的三維顆粒結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合黃土的顆粒結(jié)構(gòu)特征及室內(nèi)三軸試驗(yàn)建立黃土的顆粒流離散元數(shù)值計(jì)算模型，研究黃土顆粒結(jié)構(gòu)的各個(gè)要素對(duì)其剪切特性的影響，研究結(jié)果有助于揭示黃土宏觀力學(xué)行為的微觀機(jī)制，豐富黃土微結(jié)構(gòu)及黃土力學(xué)的研究成果。

1 試樣與試驗(yàn)

陜西涇陽南塬塬邊黃土滑坡災(zāi)害頻發(fā)，塬邊斜坡體主要由中更新世(Q2)黃土構(gòu)成(雷祥義， 1995)。本文試驗(yàn)所用黃土試樣為陜西涇陽南塬Q2黃土，取樣深度約20m，現(xiàn)場(chǎng)獲取30cm×30cm×30cm的塊狀原狀黃土試樣。依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-2019)測(cè)得試樣的基本物理性質(zhì)指標(biāo)，試樣的天然含水量為15.2%，天然密度為 1.79 g·cm-3，比重瓶法測(cè)得土粒密度為 2.69 g·cm-3，計(jì)算得到試樣的孔隙度為42%。采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)得試樣的液限為31.8%，塑限為17.0%。

采用X射線CT設(shè)備分析黃土試樣的三維顆粒結(jié)構(gòu)特征。從塊狀原狀黃土試樣中，加工出約直徑2mm，高2mm的圓柱試樣，保持試樣橫截面平行于黃土地層。采用中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的ZEISS X radia 520 Versa微米CT設(shè)備對(duì)黃土圓柱試樣進(jìn)行掃描，該儀器的空間分辨率為700 nm，本文掃描試驗(yàn)使用的分辨率為1μm，試驗(yàn)時(shí)穿透電壓為50kV，電流為80 μA。

為了驗(yàn)證黃土試樣的顆粒流數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)原狀黃土試樣進(jìn)行了三軸剪切試驗(yàn)。三軸試驗(yàn)所用原狀試樣的尺寸為直徑39.1mm，高80mm，試驗(yàn)采用的儀器為GDS非飽和土三軸剪切儀，剪切方法為固結(jié)排水剪，剪切速率為0.02%/min，圍壓為100 kPa，剪切應(yīng)變達(dá)15%時(shí)停止測(cè)試。

2 黃土顆粒結(jié)構(gòu)特征

采用Avizo軟件對(duì)黃土試樣的CT掃描圖像進(jìn)行處理和定量分析(圖1)。首先通過閾值分割的方法提取黃土試樣的顆粒骨架，依據(jù)試樣的孔隙度確定閾值，閾值分割后得到試樣的二值化圖像(圖1b)。然后采用Avizo軟件中基于分水嶺的算法實(shí)現(xiàn)顆粒骨架中顆粒之間的分割(圖1c)。最后對(duì)分割后的單個(gè)顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和量化分析。顆粒尺寸、形態(tài)和排列是顆粒結(jié)構(gòu)特征的3個(gè)基本方面(Assallay， 1998)，本文從這3個(gè)方面來分析黃土試樣的顆粒結(jié)構(gòu)特征。

圖1 CT圖像及處理結(jié)果

顆粒尺寸采用顆粒的等效直徑(EqD)來表征(式(1))，考慮到掃描試驗(yàn)的分辨率，文中主要關(guān)注等效直徑大于1μm的顆粒。試樣的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2a，結(jié)果表明，試樣顆粒的等效直徑小于70μm，平均粒徑為27.6μm，粒徑分布滿足Weibull概率分布，概率分布的比例參數(shù)λ為30.37μm，形狀參數(shù)k為2.33。

EqD=(6V/π)(1/3)

(1)

式中：V為顆粒的體積。

描述顆粒形態(tài)的參數(shù)較多(Blott et al.，2008)，本文采用式(2)和式(3)表示的球度來表征顆粒的形態(tài)(Fonseca， 2011)。顆粒的球度值介于0～1之間，取1時(shí)顆粒為球形，數(shù)值越大，顆粒的形狀越接近于球形或者各向等軸。試樣的三維顆粒球度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2b，球度值分布符合Gamma分布。

S3D=(36πV2/A3)(1/3)

(2)

S2D=(4πA2D/P2)(1/2)

(3)

其中：S3D為三維球度；V為顆粒的體積；A為顆粒的表面積；S2D為二維球度；A2D為顆粒的面積；P為顆粒的周長(zhǎng)。

三維顆粒排列通過球坐標(biāo)系下顆粒最大Feret直徑的方向角(φ，θ)分布來表征。如圖2c所示，坐標(biāo)系的Z軸垂直于地層，顆粒方向角在坐標(biāo)系上半空間分成31個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間用顆粒最大Feret直徑與單位球面的交點(diǎn)表示，則圖中的31個(gè)區(qū)間表示成31個(gè)點(diǎn)。圖2d為圖2c沿Z軸負(fù)方向的俯視圖，圖中給出了黃土試樣顆粒方向角在31個(gè)區(qū)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，各個(gè)區(qū)間的統(tǒng)計(jì)頻率分別用相應(yīng)點(diǎn)的直徑大小表示。圖2d中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，沿坐標(biāo)系的方位角θ方向，顆粒方向角的分布相對(duì)均勻； 隨著坐標(biāo)系的極角φ增大，顆粒方向角的分布頻率有增大的趨勢(shì)，在φ接近90°時(shí)(顆粒方向平行于地層)，顆粒方向角的分布頻率最大(圖中的點(diǎn)直徑最大)，φ介于60°～90°之間的顆粒占60%。這表明顆粒的排列表現(xiàn)出橫觀各向同性的特征，并且大部分顆粒最大Feret直徑方向與地層近于平行。

圖2 顆粒結(jié)構(gòu)特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 建立數(shù)值計(jì)算模型

考慮到黃土微結(jié)構(gòu)的橫觀各向同性排列特征，以及數(shù)值模擬方法的計(jì)算效率，文中借助PFC2D軟件來分析顆粒結(jié)構(gòu)對(duì)黃土剪切行為的影響，采用橢圓形的clump單元來表征顆粒，顆粒之間的接觸模型為線性接觸黏結(jié)模型。如圖3a中的放大區(qū)域所示，數(shù)值試樣中顆粒的尺寸分布按照?qǐng)D2a中試樣的統(tǒng)計(jì)結(jié)果生成，顆粒的長(zhǎng)軸方向角隨機(jī)均勻分布，顆粒的形狀取相同的球度值。已有的研究表明三維顆粒形態(tài)參數(shù)與二維參數(shù)結(jié)果有一定的差別(Fonseca， 2011； Alshibli et al.，2015)，因此，球度值采用二維球度統(tǒng)計(jì)結(jié)果的峰值。

PFC軟件中試樣的加載可以通過墻體或邊界上的顆粒單元來實(shí)現(xiàn)。由于室內(nèi)三軸剪切試驗(yàn)的圍壓通過水壓來施加，是一種柔性加載方式。為了客觀地模擬試驗(yàn)的加載條件，文中通過邊界上的球顆粒對(duì)試樣進(jìn)行加載。按上述的結(jié)構(gòu)特征生成黃土數(shù)值試樣后，在試樣的兩側(cè)邊分別生成邊界球(圖3a中黃色邊界球)，邊界球之間的接觸設(shè)置較大的強(qiáng)度參數(shù)，以保證邊界的完整性和加載的連續(xù)性，試驗(yàn)時(shí)通過對(duì)兩側(cè)邊邊界球施加力來伺服控制圍壓，實(shí)現(xiàn)柔性加載。在試樣的上下邊也生成邊界球(圖3a中綠色邊界球)，通過控制上下邊的邊界球速度來完成軸向加載。

圖3 剪切試驗(yàn)前后試樣

為了建立能夠表征黃土試樣剪切性質(zhì)的數(shù)值模型，完成數(shù)值試樣建立和加載設(shè)置后，參考黃土顆粒流離散元數(shù)值計(jì)算相關(guān)的文獻(xiàn)(李識(shí)博等， 2013； 同霄等， 2019)，選取PFC數(shù)值計(jì)算模型微觀力學(xué)參數(shù)的初值，經(jīng)過調(diào)整和試算，并與黃土三軸剪切試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，最后確定計(jì)算模型的微觀力學(xué)參數(shù)，見表1，數(shù)值試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比見圖3和圖4。結(jié)果表明，數(shù)值模擬計(jì)算所得的偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變關(guān)系曲線形態(tài)與三軸試驗(yàn)結(jié)果基本一致，表現(xiàn)出輕微應(yīng)變硬化現(xiàn)象(圖4)，在100kPa圍壓下數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度分別為352.7kPa和333.6 kPa，兩種方法得到的試樣形態(tài)也基本一致，為塑性剪切破壞，側(cè)向有輕微鼓脹現(xiàn)象(圖3)。

表1 數(shù)值模型微觀力學(xué)參數(shù)

圖4 偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變關(guān)系曲線對(duì)比

4 黃土顆粒結(jié)構(gòu)對(duì)剪切行為的影響

4.1 顆粒尺寸的影響

黃土試樣的顆粒等效直徑分布滿足Weibull概率分布(圖2a)，如圖5a所示，改變形狀參數(shù)k的值，概率分布曲線呈現(xiàn)出不同的形狀，k值越大，粒徑分布相對(duì)越均勻。為了分析顆粒尺寸分布對(duì)黃土剪切特性的影響，保持圖3a中試樣的顆粒形狀和排列方式，分別按照k=2.3、k=6.4、k=9和均勻分布時(shí)4種顆粒尺寸分布生成試樣，采用表1中的力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖5b和圖5c。結(jié)果表明，試樣顆粒的粒徑分布越均勻，應(yīng)變硬化現(xiàn)象越顯著，試樣的抗剪強(qiáng)度越高(圖5b)，但各個(gè)試樣的變形破壞形態(tài)沒有明顯的差異(圖5c)。這主要是因?yàn)樵嚇拥目辜魪?qiáng)度由黏結(jié)強(qiáng)度和摩擦強(qiáng)度組成，計(jì)算時(shí)所有試樣取相同的顆粒接觸模型參數(shù)，黏結(jié)強(qiáng)度差異小，但試樣的粒徑分布越均勻，顆粒之間的咬合摩擦越大，具有的抗剪強(qiáng)度越高。并且在微觀上，各個(gè)試樣變形破壞的本質(zhì)都是顆粒不斷調(diào)整最終形成塑性剪切帶的過程，因此不同粒徑分布的試樣表現(xiàn)出的宏觀變形破壞形態(tài)沒有明顯的差異。

圖5 不同顆粒尺寸分布條件下試樣的數(shù)值剪切試驗(yàn)結(jié)果

4.2 顆粒形態(tài)的影響

為了分析顆粒形態(tài)對(duì)剪切行為的影響，保持圖3a中試樣的顆粒尺寸分布和排列方式，分別取顆粒球度值1、0.94、0.87和0.8生成4個(gè)試樣，采用表1中的力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行數(shù)值剪切試驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果見圖6。結(jié)果表明，試樣的變形破壞方式相同，顆粒球度值越小，試樣的變形模量越小，應(yīng)變硬化現(xiàn)象越顯著。球度值越大，抗剪強(qiáng)度也相對(duì)越大，但圓形顆粒試樣的抗剪強(qiáng)度反而較低。文中建立的模型顆粒表面粗糙度基本相同，在此情況下，如圖6a所示，顆粒的球度值越小，顆粒越細(xì)長(zhǎng)(長(zhǎng)短軸比越大)，在受力剪切過程中，顆粒旋轉(zhuǎn)或滾動(dòng)形成定向排列剪切帶的難度增加，因而應(yīng)變硬化現(xiàn)象越顯著。與橢圓形顆粒相比，圓形顆粒之間的咬合力相對(duì)較小，因此圓形顆粒試樣具有較低的剪切強(qiáng)度。

圖6 不同顆粒球度值試樣的數(shù)值剪切試驗(yàn)結(jié)果

4.3 顆粒排列的影響

數(shù)值模型中，clump單元長(zhǎng)軸方向即為顆粒最大Feret直徑方向，顆粒排列通過顆粒方向角(α)的分布來表征。考慮顆粒排列對(duì)試樣剪切性質(zhì)的影響時(shí)，試樣顆粒形狀與圖3a中的試樣一致，顆粒尺寸均勻分布，分別按照?qǐng)D7a所示的3種排列方式生成試樣，進(jìn)行數(shù)值剪切試驗(yàn)。其中排列方式1的試樣顆粒方向集中分布在與軸向加載方向近平行的方向，排列方式2的試樣顆粒方向隨機(jī)均勻分布，排列方式3的試樣顆粒方向集中分布在與軸向加載方向近垂直的方向。

試樣的數(shù)值剪切計(jì)算結(jié)果見圖7b和圖7c，結(jié)果表明，排列方式對(duì)于試樣的剪切特性影響較顯著，排列方式3的試樣有較大的峰值強(qiáng)度和應(yīng)力降，有貫通的剪切破壞面。排列方式1和2的試樣應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線表現(xiàn)為應(yīng)變硬化型，變形破壞形態(tài)為塑性剪切，其中排列方式2的試樣具有相對(duì)大的抗剪強(qiáng)度。排列方式3是相對(duì)穩(wěn)定的排列方式，隨軸向載荷增加，試樣呈現(xiàn)出較大的抗剪強(qiáng)度，但由于顆粒排列相對(duì)整齊一致，試樣一旦發(fā)生破壞易形成貫通的破壞面，導(dǎo)致偏應(yīng)力-軸向應(yīng)變關(guān)系曲線出現(xiàn)應(yīng)力降。排列方式1為相對(duì)不穩(wěn)定的排列，載荷作用下結(jié)構(gòu)容易失穩(wěn)，試樣具有較小的抗剪強(qiáng)度。

圖7 不同顆粒排列方式下試樣的數(shù)值剪切試驗(yàn)結(jié)果

4.4 結(jié)果討論

巖土體具有空間變異性，室內(nèi)試驗(yàn)采用試樣的體積遠(yuǎn)小于巖土體地層的體積，相對(duì)均勻的同一地層，不同位置處試樣的組成、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)也可能存在差異(倪萬魁等， 2001)，為盡量減小變異性，文中常規(guī)物理指標(biāo)測(cè)試、CT掃描和三軸剪切試驗(yàn)選用取自同一位置的30cm×30cm×30cm的塊狀原狀黃土試樣。CT掃描試驗(yàn)的黃土試樣尺寸為毫米級(jí)，試樣顆粒的平均粒徑約27.6μm，且文中借助Avizo軟件分析了30多萬個(gè)顆粒的結(jié)構(gòu)特征，統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)于表征黃土試樣顆粒的三維結(jié)構(gòu)特征具有一定的代表性，而黃土結(jié)構(gòu)空間變異性有待進(jìn)一步研究探討。陜西涇陽南塬地區(qū)黃土物理力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)研究成果很多，因此文中未對(duì)黃土試樣的剪切性質(zhì)展開詳細(xì)論述，主要基于100kPa圍壓下試樣的三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果對(duì)建立的數(shù)值計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)證，并且試樣的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線及抗剪強(qiáng)度等特征與該地區(qū)同時(shí)代同含水量原狀黃土試樣的三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果基本一致(段釗等， 2016； 王爍， 2018)。

文中基于黃土顆粒結(jié)構(gòu)特征和剪切試驗(yàn)結(jié)果建立的數(shù)值計(jì)算模型，探討了顆粒尺寸分布、形狀和排列對(duì)于剪切行為的影響，并對(duì)相應(yīng)的微觀機(jī)理進(jìn)行了分析。研究結(jié)果也揭示了顆粒3種結(jié)構(gòu)要素影響程度的差異，顆粒尺寸分布的影響主要表現(xiàn)在抗剪強(qiáng)度上，顆粒形狀能夠影響到試樣的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線形態(tài)，顆粒排列的不同能夠引起試樣破壞機(jī)制的改變。但文中主要針對(duì)顆粒結(jié)構(gòu)的各個(gè)要素對(duì)剪切行為的影響進(jìn)行了初步的定性研究，量化各個(gè)結(jié)構(gòu)要素的影響以及對(duì)宏觀剪切行為的相對(duì)貢獻(xiàn)是進(jìn)一步研究的方向。此外，文中CT掃描采用的分辨率為1μm，所以主要關(guān)注了試樣中粗顆粒(大于1μm)的結(jié)構(gòu)特征及對(duì)剪切行為的影響，細(xì)顆粒(小于1μm)的結(jié)構(gòu)需在納米級(jí)分辨率下展開更小尺度的研究。黃土中的細(xì)顆粒主要為黏土礦物和鹽分等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且在黃土試樣中主要以膠結(jié)物的形式存在，因此可將細(xì)顆粒的作用劃分到顆粒接觸特征中來表征，并深入探討顆粒接觸特征對(duì)黃土剪切行為的影響。

5 結(jié) 論

本文通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了黃土的三維顆粒結(jié)構(gòu)特征，分析了顆粒尺寸、顆粒形態(tài)和顆粒排列對(duì)黃土剪切行為的影響，得到如下結(jié)論：

(1)陜西涇陽Q2黃土試樣的顆粒等效直徑小于70μm，平均值為27.6μm，滿足Weibull概率分布，顆粒球度分布符合Gamma分布。在球坐標(biāo)系下，顆粒最大Feret直徑方向角沿方位角方向的頻率分布相對(duì)均勻，隨極角的增大頻率呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)， 60%顆粒的方向角集中分布在極角為60°～90°的方向，顆粒的排列表現(xiàn)出橫觀各向同性的特征。

(2)黃土顆粒的等效直徑分布越均勻，試樣的應(yīng)變硬化現(xiàn)象越顯著，抗剪強(qiáng)度越高，但試樣變形破壞形態(tài)沒有明顯差異。顆粒球度值越小，試樣的應(yīng)變硬化現(xiàn)象越顯著，但抗剪強(qiáng)度相對(duì)越低，并且球形顆粒的試樣具有較低的抗剪強(qiáng)度值，試樣變形破壞形態(tài)也沒有明顯差異。顆粒排列方式的影響表現(xiàn)為：顆粒方向集中分布在垂直于軸向加載方向的試樣有較大的峰值強(qiáng)度和應(yīng)力降，有貫通的剪切破壞面，顆粒方向集中分布在平行于軸向加載方向的試樣具有較低的強(qiáng)度，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線表現(xiàn)為應(yīng)變硬化型，變形破壞形態(tài)為塑性剪切。