粒狀土直剪試驗(yàn)的二維離散元模擬.pdf

1、直剪試驗(yàn)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)作為粗粒土主要的試驗(yàn)方法之一來(lái)獲得較為可靠的土體抗剪強(qiáng)度。然而其固有的缺陷和局限性也不容忽視。因此，通過(guò)顆粒流數(shù)值模擬方法從微觀顆粒的角度來(lái)認(rèn)識(shí)土體顆粒本身在剪切過(guò)程中的受力與變形的情況，進(jìn)而優(yōu)化其試驗(yàn)結(jié)果，極具實(shí)際意義。
　　本文首先總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于直剪試驗(yàn)的顆粒流模擬、以及直剪試驗(yàn)的特點(diǎn)，從而分析了顆粒流數(shù)值模擬的基本原理和方法，建立了普通直剪試驗(yàn)和大型直剪試驗(yàn)的二維離散元模型。其次，標(biāo)定了模型試驗(yàn)

2、的細(xì)觀輸入?yún)?shù)，得到了細(xì)觀輸入?yún)?shù)對(duì)試驗(yàn)宏觀性質(zhì)的影響，進(jìn)而對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了仿真對(duì)比，估算了粒狀土直剪試驗(yàn)的應(yīng)變。最后基于直剪試驗(yàn)缺陷探討，提出了三種優(yōu)化方法。得到了以下結(jié)論：⑴借助PFC2D顆粒流方法，可以較準(zhǔn)確地模擬粒狀土的直剪試驗(yàn)過(guò)程，進(jìn)而對(duì)直剪試驗(yàn)的缺陷進(jìn)行微觀機(jī)理的分析，試驗(yàn)結(jié)果可信，試驗(yàn)成本非常低。⑵通過(guò)顆粒流模擬的粒子位移場(chǎng)監(jiān)測(cè)，得到直剪試驗(yàn)的剪切帶寬度范圍，接近較早之前的研究結(jié)論，進(jìn)而估算了粒狀土體材料的整體正應(yīng)變和剪應(yīng)

3、變。⑶模擬結(jié)果表明使用反向加載機(jī)構(gòu)可以考慮側(cè)壁摩擦力對(duì)于正應(yīng)力的影響;側(cè)壁摩擦力與豎向位移-剪位移關(guān)系曲線較為吻合。對(duì)比室內(nèi)試驗(yàn)與修正的結(jié)果表明，剪切盒側(cè)壁的摩擦力對(duì)于強(qiáng)度參數(shù)的影響并不十分明顯。⑷利用顆粒流模擬粒狀土剪切運(yùn)動(dòng)的規(guī)律并結(jié)合應(yīng)力分析提出了剪切面偏轉(zhuǎn)修正的數(shù)學(xué)公式，修正結(jié)果表明其影響不應(yīng)當(dāng)忽略。這不同于剪切面積改變的影響，剪切面積改變對(duì)強(qiáng)度影響不大，可以接受。⑸從剪切面積改變和剪切面偏轉(zhuǎn)的修正結(jié)果來(lái)看，非標(biāo)直剪試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果