顆粒形狀對砂土力學(xué)性質(zhì)影響的PFC模擬及定量分析研究.pdf

1、土的結(jié)構(gòu)特征既應(yīng)包含土顆?；蚩紫兜淖陨硖卣鳎ù笮?，形狀與分布），又應(yīng)包含土骨架顆粒相互關(guān)系特征。盡管土的結(jié)構(gòu)性對土性有著最本質(zhì)的影響，而且已經(jīng)從定性角度做了大量的工作，對認(rèn)識土性起了很大的作用，但目前仍缺少一個能較好描述土結(jié)構(gòu)性的定量指標(biāo)。模型中想要找到全面描述土體結(jié)構(gòu)性的參數(shù)是很困難的，但對于部分參數(shù)的定量化還是有可能的。已有研究表明，砂土力學(xué)性質(zhì)受顆粒形狀等微觀參數(shù)的影響較大。常規(guī)宏觀分析方法多以土體作為連續(xù)介質(zhì)研究，且由于測量和量

2、化分析的困難，對顆粒形狀影響的獨立深入研究較少?；陔x散元的顆粒流軟件的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型的宏觀連續(xù)性假設(shè)，可以從細(xì)觀層面上對砂土的工程特性進(jìn)行數(shù)值模擬。為此，本文擬以顆粒流軟件PFC2D為平臺，通過對軟件程序的開發(fā)，深入研究顆粒形狀對砂土宏觀力學(xué)特性的影響，并將所得結(jié)論用于模型的構(gòu)建。開展的主要工作有：
　　 （1)綜述了結(jié)構(gòu)性模型的研究現(xiàn)狀，并著重介紹了土體微結(jié)構(gòu)的研究方法和如何建立描述土體結(jié)構(gòu)性的本構(gòu)模型。評

3、述了顆粒離散單元法的基本原理以及用于對顆粒形狀的研究所取得的成果。
　　 （2)鑒于顆粒流軟件PFC2D模擬的對象（二維問題）與實際問題（三維問題）存在的差別，用平面問題的分析方法推導(dǎo)和解釋了這兩者的區(qū)別，并闡述了如何從模擬得到的數(shù)據(jù)提取描述材料宏觀特性的力學(xué)參數(shù)。
　　 （3)用雙軸試驗?zāi)M三軸剪切過程，在PFC2D中探討了微觀參數(shù)對材料宏觀力學(xué)特性（如初始彈性模量、泊松比、剪脹角、內(nèi)摩擦角等）的影響，找到其中的規(guī)律。

4、選取瑞士‘Baskarp’砂進(jìn)行了微觀參數(shù)的標(biāo)定，用于下文的進(jìn)一步研究。
　　 （4)在保證顆粒的密度和外輪廓截面積相等的條件下，用PFC2D的clump命令生成了圓形、類橢圓形、類正方形、類三角形四種不同形狀的顆粒組。定義了一個能較好描述顆粒形狀的參數(shù)，以便定量探討顆粒形狀與材料的宏觀力學(xué)特性的關(guān)系。
　　 （5)基于PFC2D的內(nèi)置語言fish，編制了相應(yīng)的fish程序，模擬了常用的土工試驗，如顆粒堆積試驗（用于測量