顆粒形狀對(duì)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(duì)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(duì)認(rèn)識(shí)土性起了很大的作用，但目前仍缺少一個(gè)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(duì)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(cè)量和量

2、化分析的困難，對(duì)顆粒形狀影響的獨(dú)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(duì)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(tái)，通過(guò)對(duì)軟件程序的開(kāi)發(fā)，深入研究顆粒形狀對(duì)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(kāi)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(píng)

3、述了顆粒離散單元法的基本原理以及用于對(duì)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(duì)象（二維問(wèn)題）與實(shí)際問(wèn)題（三維問(wèn)題）存在的差別，用平面問(wèn)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(yàn)?zāi)M三軸剪切過(guò)程，在PFC2D中探討了微觀參數(shù)對(duì)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(gè)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(yǔ)言fish，編制了相應(yīng)的fish程序，模擬了常用的土工試驗(yàn)，如顆粒堆積試驗(yàn)（用于測(cè)量