Физико-механические свойства гравийных и песчаных грунтов, а также смесей, изготовленных на их основе, необходимо рассматривать с позиций теории дискретной среды — как сыпучих тел. В последнее время все большее внимание ученых привлекают исследования физико-механических свойств несвязных грунтов с помощью различных математических программ, созданных на основе теории дискретной среды. Статья посвящена рассмотрению вопроса создания модели несвязанных грунтов с заданными свойствами с учетом теории дискретной среды с использованием программы PFC. Она позволяет моделировать испытания сыпучих грунтов на сдвиг и оценивать влияние гранулометрического состава на величины угла внутреннего трения и сцепления испытываемых грунтовых смесей. Применение программы PFC для изучения физико-механических свойств грунтовых смесей очень актуально и весьма эффективно. Разработана и обоснована методика создания, исследования и моделирования смесей песчаных и песчано-гравийных грунтов с заданными физическими и физико-механическими свойствами, основанная на применении положений теории дискретной среды с помощью программы PFC. В соответствии с этой теорией распределение напряжений в дисперсной системе зависит от ее гранулометрического состава. Установлено, что крупные частицы, составляющие «скелет» грунтовой смеси, при их содержании более 30% по массе в наибольшей мере ответственны за формирование поля напряжений в объеме грунта: передача контактных напряжений внутри грунтовых смесей при сдвиге или уплотнении нормальной равномерно распределенной нагрузкой происходит преимущественно через крупные («скелетные») фракции. При массовом содержании в смеси заполнителя меньше 30% контакты между частицами формируются преимущественно «скелетными» частицами. Если массовое содержание заполнителя превышает 30%, то постепенно развиваются контактные напряжения между соседними мелкими частицами, а также напряжения между «скелетными» и более мелкими частицами. При этом прочность песчано-гравийных смесей, оцениваемая углом внутреннего трения, уменьшается и стремится к прочности самого заполнителя.

1. Петтиджон, Ф.Д., 1981. Осадочные породы. Пер. с англ. С.Е. Алферова и др. Недра, М.
2. Chong Shi, De-jie Li, Kai-hua Chen, Jia-wen Zhou, 2016. Failure mechanism and stability analysis of the Zhenggang Landslide at the Yunnan Province of China using 3D particle flow code simulation. Journal of Mountain Science, vol. 13, issue 5, pp. 891–905. DOI:10.1007/s11629-014-3399-0.
3. Chong Shi, De-jie Li, Wei-ya Xu, Rubin Wang, 2015. Discrete element cluster modeling of complex mesoscopic particles for use with the particle flow code method. Granular Matter, vol. 17, issue 17, рp. 377–387. DOI:10.1007/s10035-015-0557-1.
4. Chong Shi, Jinzhou Bai, 2015. Compositional effects and mechanical parametric analysis of outwash deposits based on the randomized generation of stone blocks. Advances in Materials Science and Engineering, vol. 2015, article ID 863915, pp. 1–13. DOI:10.1155/2015/863915.
5. Cundall, P.A., 1971. A computer model for simulating progressive large scale movements in blocky rock systems. Int. Symp. On Rock Fracture, Proc., paper II-8. Nancy, France, 1971, рp. 129–136.
6. Cundall, P.A., Strack, O.D.L., 1999. Particle flow code in 2 dimensions. Itasca consulting group, Inc.
7. Li Shuang, Liu Yang, Wu Ke-jia, 2017. Exploring mesoscopic deformation mechanism of sand in direct shear test by numerical simulation using discrete element method. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, vol. 34 (4), рp. 104–110.
8. Liu Hai-tao, Cheng Xiao-hui, 2008. Discrete element analysis for size effects of coarse-grained soils. Rock and Soil Mechanics, vol. 30, рp. 288–292.
9. Liu Xing-ning, Shi Chong, 2014. Meso-mechanics research of direct shear test on outwash deposits with PFC method. Science Technology and Engineering, vol. 14, no. 36, рp. 108–114.
10. Lorig, L.J., Gibson, W., Alvial, J., Cuevas, J., 1995. Gravity flow simulations with the particle flow code (PFC). ISRM News Journal,
vol. 3 (1), pp. 18–24.
11. Mishra, B.K., Mehrotra, S.P, 1998. Modeling of particle stratification in Jigs by the discrete element method. Minerals Engineering,
vol. 11 (6), рp. 511–522. DOI:10.1016/S0892-6875(98)00033-8.
12. Potyondy, D.O., Cundall, P.A., 2004. A bonded-particle model for rock. International journal of rock mechanics and mining sciences, vol. 41 (8), рp. 1329–1364. DOI:10.1016/j.ijrmms.2004.09.011.
13. Tian Rui-xia, Jiao Hong-guang, 2011. Application status and analysis of dicrete element software PFC in mining engineering. Mining and Metallurgy, vol. 20, no. 1, рp. 79–82.

КОРОЛЕВ В.А.*
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, va-korolev@bk.ru
Адрес: Ленинские горы, д. 1, г. Москва, 119991, Россия
ZHANG SHENGRONG
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, cash_040608@hotmail.com

The physical and mechanical properties of gravel and sandy soils, as well as mixtures made on their basis, must be considered from the standpoint of the theory of a discrete medium — as loose bodies. Recently, more and more scientists are attracted to the research of physical and mechanical properties of loose soils with the help of various mathematical programs created on the basis of discrete medium theory. The article is devoted of the problem of creating loose soils with given properties taking into account the theory of a discrete medium using the PFC software. It allows to simulate tests of loose soils on shear and to assess the effect of the grain size distribution on the magnitude of the angle of internal friction and the adhesion of test ground mixtures. PFC software is very relevant and effective when studying the physical and mechanical properties of ground mixtures. The technique of creation, research and modeling of mixtures of sandy and sandy-gravel soils with given physical and physical-mechanical properties is developed and justified, based on the application of the theory of discrete medium with the help of the PFC software. In accordance with this theory, the distribution of stresses in a dispersed system depends on its granulometric composition. It is established that the large particles that make up the “skeleton” of the soil mixture, when they compose more than 30% by weight, are most responsible for the formation of a stress field in the soil’s volume: the transfer of contact stresses within soil mixtures during shear or compacting by a uniformly distributed load occurs predominantly through large factions («skeletal» factions). When the mass content in the aggregate mixture is less than 30%, contacts between the particles are formed mainly by «skeletal» particles. If the mass content of the aggregate exceeds 30%, then contact stresses between adjacent fine particles develop gradually, as well as stresses between «skeletal» and smaller particles. At the same time, the strength of sand-gravel mixtures, estimated by the angle of internal friction, decreases and tends to the strength of the aggregate itself.

1. Pettijohn, F.J., 1981. Sedimentary rocks. Trans. from English by S.Е. Alferov et al. Nedra, Мoscow. (In Russ.).
2. Chong Shi, De-jie Li, Kai-hua Chen, Jia-wen Zhou, 2016. Failure mechanism and stability analysis of the Zhenggang Landslide at the Yunnan Province of China using 3D particle flow code simulation. Journal of Mountain Science, vol. 13, issue 5, pp. 891–905. DOI:10.1007/s11629-014-3399-0.
3. Chong Shi, De-jie Li, Wei-ya Xu, Rubin Wang, 2015. Discrete element cluster modeling of complex mesoscopic particles for use with the particle flow code method. Granular Matter, vol. 17, issue 17, рp. 377–387. DOI:10.1007/s10035-015-0557-1.
4. Chong Shi, Jinzhou Bai, 2015. Compositional effects and mechanical parametric analysis of outwash deposits based on the randomized generation of stone blocks. Advances in Materials Science and Engineering, vol. 2015, article ID 863915, pp. 1–13. DOI:10.1155/2015/863915.
5. Cundall, P.A., 1971. A computer model for simulating progressive large scale movements in blocky rock systems. Int. Symp. On Rock Fracture, Proc., paper II-8. Nancy, France, 1971, рp. 129–136.
6. Cundall, P.A., Strack, O.D.L., 1999. Particle flow code in 2 dimensions. Itasca consulting group, Inc.
7. Li Shuang, Liu Yang, Wu Ke-jia, 2017. Exploring mesoscopic deformation mechanism of sand in direct shear test by numerical simulation using discrete element method. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, vol. 34 (4), рp. 104–110.
8. Liu Hai-tao, Cheng Xiao-hui, 2008. Discrete element analysis for size effects of coarse-grained soils. Rock and Soil Mechanics, vol. 30, рp. 288–292.
9. Liu Xing-ning, Shi Chong, 2014. Meso-mechanics research of direct shear test on outwash deposits with PFC method. Science Technology and Engineering, vol. 14, no. 36, рp. 108–114.
10. Lorig, L.J., Gibson, W., Alvial, J., Cuevas, J., 1995. Gravity flow simulations with the particle flow code (PFC). ISRM News Journal,
vol. 3 (1), pp. 18–24.
11. Mishra, B.K., Mehrotra, S.P, 1998. Modeling of particle stratification in Jigs by the discrete element method. Minerals Engineering,
vol. 11 (6), рp. 511–522. DOI:10.1016/S0892-6875(98)00033-8.
12. Potyondy, D.O., Cundall, P.A., 2004. A bonded-particle model for rock. International journal of rock mechanics and mining sciences, vol. 41 (8), рp. 1329–1364. DOI:10.1016/j.ijrmms.2004.09.011.
13. Tian Rui-xia, Jiao Hong-guang, 2011. Application status and analysis of dicrete element software PFC in mining engineering. Mining and Metallurgy, vol. 20, no. 1, рp. 79–82.

VLADIMIR A. KOROLEV*
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; va-korolev@bk.ru
Address: Bld. 1, Leninskie Gory, 119991, Moscow, Russia
SHENGRONG ZHANG
Lomonosov Moscow State University; Moscow, Russia; cash_040608@hotmail.com