摘要
花岗岩类岩石是大陆上分布最为广泛的岩石之一，在我国东南地区有大量的
分布与出露。由于东南地区的强烈的化学与物理风化作用，形成了广而深厚的花
岗岩风化壳。花岗岩残积土是风化壳顶部岩石经过风化作用后原岩结构基本消失
而残留堆积在原位的土层，其具有孔隙比大、遇水软化崩解等特点，随着我国东
南地区的经济高速发展和城市化进程的加快和深入，大量的基础设施、居民和商
业设施建设在表层残积土上，由此引发了大量的滑坡、崩塌等地质灾害和边坡失
稳、桩基失效等一系列工程问题。但是在针对花岗岩残积土接近40年的研究中，
在厘清花岗岩残积土宏微观力学行为、探明其独特物理与化学结构对宏观力学行
为的作用机理、解释风化花岗岩和残积土之间的演化规律等关键问题上仍未清晰，
尚未建立合理的花岗岩残积土本构模型。因此，从宏微观结合的角度研究花岗岩
残积土的力学特性，寻找花岗岩残积土的演化规律是保证东南地区人民生命财产
安全和当地经济发展的重要研究课题，对于预防地质灾害和重大岩土工程事故具
有重要的理论和现实意义。
本文以国家自然科学基金重点项目“东南地区花岗岩残积土宏细观力学特性
与边坡渐进破坏规律”为依托，以福建省武宁县十方村一处滑坡的残积土和福建
省晋江市池店镇新店村的花岗岩作为代表性土样和岩样。通过室内物理性质试验、
化学分析试验、常规三轴试验、岩石单轴压缩试验、离散元模拟等多种研究技术
手段，从物理性质、化学成分、宏观力学行为、能量转换、微观组构等多个角度
研究花岗岩残积土的力学特性，并主要开展以下研究工作：
（1）通过室内试验，确定代表性土样的基本物理与化学性质，并通过对主
要矿物成分和元素在总质量的占比，比较了花岗岩残积土和风化花岗岩之间在矿
物成分和主量元素上的差异，验证了国际主流化学风化指标的可靠性。
（2）以排水条件与剪切速率作为变量，对花岗岩残积土进行常规三轴试验，
获得了花岗岩残积土在不同条件下的有效应力路径、孔隙水压力和偏应力曲线，
系统的比较与阐述了其在不同条件下所展现出来截然不同的力学行为以及特性，
体现了花岗岩残积土作为特殊土其孔隙比大、渗透系数低等特点。
（3）借助修正后的邓益兵模型，分析残积土三轴试验中塑性能、摩擦耗散
能和Helmholtz自由能三者之间的转换、累积和消散的过程，从能量的角度解释
了残积土的宏观力学行为，为从后续从微观和颗粒接触分析其宏观行为提供了依
据。
（4）为了溯源残积土的风化规律，对代表性岩样进行单轴压缩试验，分析
轴向应力应变曲线，以寻找在不同风化程度下花岗岩力学行为的变化规律。
（5）采用宏微观相结合的思路，利用离散元方法对花岗岩单轴压缩进行模
拟，从微观和组构的角度研究不同风化程度下花岗岩的宏观力学行为。采用不同
的接触模型，将组构张量的第二偏应力不变量作为指标来描述颗粒的各向异性，
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为研究新的岩石本构模型提供了新思路、新方法。
关键词：花岗岩残积土、DEM、风化花岗岩、塑性能、风化化学指标
Abstract
Granite,widelydistributedacrossthecontinent,extensivelyexhibitsandexposures
insoutheasternChina.Theintensechemicalandphysicalweatheringprocessesinthis
regionhaveresultedinthedevelopmentofextensiveanddeepweatheredgranite
profiles.Graniteresidualsoilreferstothesoillayerthatremainsaftersubstantial
destructionoftheoriginalrockstructureduetoweatheringatthetopmostpartofa
weatheredprofile.Itischaracterizedby