基于颗粒流程序的土石混合料振动压实特性数值分析

基于PFC2D颗粒流程序，建立考虑块石破碎的土石混合料振动压实模型，进行了不同含石量、不同泥岩砂岩块石混合比例的土石混合料振动压实试验模拟研究。结果表明:土石混合料试样的最大干密度随泥岩砂岩块石混合比的增大逐渐增大，随含石量的增加先增大后减小，60%含石量为其最优含石量；试样上部的块石受振动锤的影响较大，发生高度破碎，试样下部的块石主要发生高应力下的拉张破坏，破碎程度较低；块石的破碎率随含石量的增加而增大，随泥岩砂岩混合比的增大而增大。     

用改进直剪仪研究粗粒土抗剪强度的尺寸效应

为研究粗粒土直剪试验抗剪强度参数的尺寸效应,研制钢结构相互嵌套叠置组装而成的改进直剪仪。试验中上下剪切盒间剪切缝宽度不变,利用钢结构的不同叠置组合,改变直剪试验试样的高度H和直径D。H和D分别有四种取值,通过H和D的16种不同组合,对两种均一级配的的粗粒土(粒径2～5mm)分别进行直剪试验。平行组试验结果证明了该直剪仪的可靠性与试验的再现性。试验结果表明:粗粒土的抗剪强度参数有显著的尺寸效应,且直径D对抗剪强度的影响较高度H更明显。     

基于PFC方法的粗粒土三轴试验尺寸效应研究

粗粒土是工程建设过程中经常遇到的一类土,由于室内仪器限制,通常将其按一定条件缩尺后进行室内大三轴试验,进而推算原级配土的强度特性。缩尺后替代级配与原级配存在着缩尺条件、尺寸效应等问题。在某高速公路大三轴试验数据基础上,运用 PFC2D 软件,将600＆#215;300 mm 样本经等质量替代法缩尺,比较了缩尺后不同尺寸样本的应力-应变曲线。结果表明：PFC2D可以很好的模拟三轴试验;缩尺后的样本应变模量降低,且随着样本尺寸的增大而增大,样本的抗剪强度也存在差异;等质量替代法对缩尺后样本的尺寸大小有限制;当样本颗粒级配相同时,不同尺寸样本在峰前阶段的尺寸效应不明显。     

基于离散元法OGFC集料级配优化

以OGFC-10、OGFC-13、OGFC-16为例,在各自推荐级配范围内选择细、中、粗三种集料级配,利用离散元软件PFC2D对相应的OGFC进行单轴压缩试验和劈裂试验数值模拟,以确定最佳集料级配,并通过室内试验对模拟结果加以验证,最后对最佳级配混合料进行路用性能检验。研究表明:离散元法可以用于模拟沥青混合料的单轴压缩试验和劈裂试验,为研究OGFC混合料的力学性能和级配优化提供了辅助手段。     

细观尺度下基于非均匀性研究沥青混合料的开裂行为

为了从细观角度,基于沥青混合料的非均匀性研究材料的开裂行为,该文运用颗粒流软件PFC2 D(Particle Flow Code),根据离散元基本理论及软件内置Fish语言编写了不规则骨料的随机生成程序,建立基于半圆弯曲室内试验处理的边界条件和伺服控制,并将模拟结果与试验结果对比分析。研究结果表明:所得到的离散元虚拟试件能够最大程度地将集料级配、骨料不规则形状、骨料随机分布和试件空隙率考虑在内,提出一种可以脱离于室内试验条件、仅用计算机软件就能够建立较准确、广泛的映射沥青混合料的PFC模型的模拟方法,为今后在细观尺度下利用PFC研究分析沥青混合料力学性质提供理论基础和辅助手段。在此基础上,从细观尺度出发,对建模要素以及骨料位置进行调整,用以分析其对混合料试件宏观力学性质的影响,为后续工作中结合室内试验继续对这些影响因素进行分析提供了一定的理论基础。     

高炉渣改良填料大型直剪试验分析

将原状高炉渣掺拌粉煤灰分层碾压并重锤夯实作为换填地基的填料,进行分层取样后,以处于干、湿状态下各层土样的混和土作为试样开展大型直剪试验。为了探究高炉渣改良填料的直剪力学特性,以及现有大型直剪仪的不足,对不同法向应力作用下试样的抗剪强度、法向加载板的竖向位移进行了量测,并对试验过程中剪力与剪切位移曲线特性、剪切盒张开状态、完成直剪试验后试样的破碎状态进行了分析。结果表明:因细颗粒不足以填充粗颗粒之间的孔隙,含水量对改良填料力学指标影响很小,改良填料表现为良好的水稳定性;高炉渣改良填料在法向应力小于150kPa时几乎没有黏聚力,而在法向应力大于150kPa时表现出咬合黏聚力;高炉渣混合料直剪试验过程中法向应力越大,初期剪缩量越大,后期剪胀量越小,发生剪胀时对应的剪切位移也越大;在法向应力大于150kPa后,直剪试验的剪胀量有了较大程度的减小,此时剪切面的形成主要以剪切区粗颗粒的剪碎与断裂为主。最后,考虑到现有大型直剪仪随着剪切位移的增加,理论剪切面上的剪切应力与法向应力分布越来越不均匀,且有效剪切面积逐渐减小,为此对大型直剪仪提出了改进建议,使有效剪切面面积保持恒定不变,测试结果与实际情况更加接近,可提高粗颗粒土剪切强度的测试精度。     

高速铁路填方路基粗粒土细观力学性质的离散元模拟

基于离散元方法,建立一个表征填方路基粗粒土细观力学性质的颗粒流模型。同时,利用三维颗粒流程序PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,真实地模拟了粗粒土的颗粒级配曲线。通过大量的颗粒流数值模拟试验,准确地标定了表征粗粒土细观力学性质的相关细观参数。计算结果表明:离散元模拟结果和室内土工试验结果基本一致,粗粒土呈现出较大的体缩和体胀性,同时分别对比了不同围压下,路基粗粒土离散元模拟与室内三轴试验下的应力-应变曲线,其变化规律基本一致。     

贵阳红粘土抗剪强度与含水量关系的探讨

红粘土是一种性质特殊的土。为探讨影响红粘土强度的各种因素,通过不同含水量的贵阳红粘土试样进行了一系列室内直剪试验,探讨含水量对红粘土抗剪强度参数的影响,并从红粘土结构性上作出了解释。基于Matlab软件采用最小二乘法原理,建立了粘聚力、内摩擦角与含水量的关系表达式,为工程建设实践提供参考。     

南京地区砂砾卵石土压实特性的离散元模拟

为了探究南京地区砂砾卵石土的压实特性,基于离散元数值分析软件PFC2D,模拟了砂砾卵石土的击实试验及加州承载比(CBR)试验的试验过程,分析了砂砾卵石土含石量及颗粒粒径对其压实特性的影响.通过与室内试验的对比验证了离散元法分析砂砾卵石土压实特性的可行性,并根据模拟结果提出了工程中建议采用的土石比例区间.结果表明:砂砾卵石土的孔隙率随着含石量的增加先减小后增大,随着颗粒粒径的增大而不断减小;砂砾卵石土CBR值随着含石量的增加先增大后减小,随着颗粒粒径的增大而不断增大;砂砾卵石土含石率在70％～80％时,能达到最佳压实效果.     

砾石隧道潜盾开挖之颗粒力学数值模拟探讨

砾石材料组成与强度具高度异质性,受力常见分离破坏,重新堆栈后又可回复部分强度,以连体力学模式难以有效描述其行为。研究以颗粒学理论为基础发展的颗粒流数值软件PFC2D建立数值模型,透过仿真现地直剪试验结果,校正颗粒间之颗粒参数,并以颗粒参数转换试验克服尺寸效应对颗粒力学模式的影响,获得具代表性颗粒参数模拟现地开挖,探讨潜盾开挖引致砾石层之沉陷特性。研究结果显示利用颗粒力学数值模拟技术,能更有效模拟砾石层特殊地工特性的隧道行为。     

崇上路击实膨胀土的强度特性试验研究

通过室内3种膨胀土试验,对广西崇上(崇左-上思)二级公路膨胀土击实土样的强度特性进行了研究.试验结果表明,膨胀土的含水量对其强度的影响是主要的外部因素;根据直剪试验的数据,得到了膨胀土的强度与胀缩等级和含水量的关系.     

周期性饱水砂泥岩混合料剪切特性三轴试验研究

砂泥岩混合料在三峡库区常作为工程填料,对其材料性能的研究在涉水工程中具有广阔的利用前景,因此本文通过三轴试验研究了不同围压下周期性饱水作用对饱和砂泥岩混合料抗剪特性的影响,研究结果表明:随着围压的增大砂泥岩混合料的偏应力峰值、周期性饱水阶段试样的轴向应变以及三轴剪切试验后颗粒破碎率都相应增大。同种围压状态下,砂岩料比掺入20%泥岩颗粒的砂泥岩混合料的强度高,变形小。这为砂泥岩混合填料在涉水工程中的利用提供一定的参考价值。     

基于离散元方法的ATB沥青混合料离析模拟

为了分析ATB沥青混合料的堆积离析,采用离析测试仪检测混合料堆积离析程度,利用PFC3D建立了堆积离析的模型,进行了ATB沥青混合料的离析模拟和5种ATB级配模拟。结果显示:离析测试和现场测试结果高度吻合;PFC模拟的堆积离析级配分布和试验以及现场结果相近;5种级配的离析结果和实际情况相符。由此可见,离散元方法能够很好地模拟级配结构对混合料下落堆积离析的影响,通过建立的离散元模型能够模拟预测不同级配类型混合料的离析情况,对级配设计和工程施工有指导意义。     

基于Weibull分布的土-结构接触面剪切损伤模型研究

针对土-结构接触面剪切特性,基于现有统计损伤理论提出了土-结构接触面剪切损伤模型及模型参数的确定方法。利用大型直剪仪对红黏土-混凝土结构接触面进行直剪试验,分析了红黏土-结构接触面上剪应力-应变特性。根据试验结果得到红黏土-结构接触面剪切损伤模型的相关参数,建立了基于Weibull分布的损伤模型参数与法向应力的关系,并对模型进行了修正。最后将理论计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了该模型的合理性。研究成果表明:法向应力水平越大,黏性土-结构接触面剪切软化现象越不显著,应力应变关系由软化型转变为弱软化型。通过对接触面直剪试验的成果进行验证,模型计算与试验结果吻合较好,证明了文中提出的剪切损伤模型具有能够充分反映土-结构接触面软化特性和应力状态的特点,模型参数较少。     

石忠高速公路松散堆积体力学特性大型室内直剪试验研究

采用大型多功能粗粒土试验系统,以500mm×500mm×400 mm大试样对石忠高速公路典型松散堆积体的力学特性进行室内大型直剪剪切试验,分析松散堆积体在不同含水量、不同含石量情况下的抗剪强度及其变化规律。结果表明,松散堆积体的填筑强度受含水量和含石量影响较大,且松散堆积体的含水量对其强度影响较含石量敏感,并在最佳含水量、含石量时达到最大值。     

基于承载板试验的风化千枚岩填料细观研究

为了解风化千枚岩填料在承载板试验中的细观变化,本文运用离散单元法颗粒流理论,采用粒间作用为平行黏结模型的圆球模拟土颗粒为研究对象,建立PFC2D计算模型,模拟了风化千枚岩颗粒在加载和卸荷状态下的应力-应变关系以及颗粒间的细观规律。数值计算结果和试验实测结果的比较表明:由p-l曲线计算的回弹模量值满足设计规范要求;位移场及接触应力场的变化现象与室内小型承载板试验宏观现象比较相似。     

级配碎石直剪试验的细观分析

基于颗粒流理论及其PFC2D程序,在细观层次上从数值分析角度研究了碎石的直剪试验,从而揭示了其抗剪强度和变形机理。研究中针对碎石提出了一种随机计算模型,并给出了随机模型的实现方法,同时对该随机模型的算法可靠性进行了验证。文中探讨了在直接剪切试验中碎石的抗剪强度随位移的变化以及最大粒径、竖向压力对其影响,并从细观力学的角度上描述了直剪试验过程中颗粒的运动机理。直剪试验过程中的碎石细观结构变化的颗粒流仿真,是关于碎石细观力学特征与宏观力学响应相关联的初步研究。     

级配对粗粒土直剪过程中抗剪强度与变形的影响研究

为了分析级配对粗粒土直剪过程中抗剪强度和变形的影响,开展不同级配试样的室内直剪试验,并根据试验结果标定细观参数,建立粗粒土数值直剪试验模型。从宏观和细观的角度探讨级配对粗粒土强度和变形的影响。结果表明:有效粒径、中值粒径和限制粒径相差不大时,空隙填充密实,结构性好,能够承受较大外力;粗颗粒含量多,颗粒间的挤压摩擦更剧烈,强力链增多;细颗粒含量越多,颗粒间孔隙填充不均匀,更易产生压缩变形,位移场越密集;空隙率随曲率系数、不均匀系数的增加先增大后减小。     

砂泥岩混填力学特性试验分析

砂泥岩混合料是砂岩颗粒和泥岩颗粒按一定比例混合的一种常见的填筑土体,因其取材方便而经常被用于水库、路堤、基坑开挖、渠道等实际工程中。本文通过GDS三轴试验系统,对砂泥岩混合土体在不同的砂泥岩颗粒比例、干密度和含水率情况下的强度和变形特性进行了分析。结果表明：低围压时,砂泥岩混合料应力-应变关系曲线表现为应变软化型,随着围压的增加曲线表现为应变硬化型;含水率对砂泥岩混合料应力-应变关系曲线的形态影响不大,偏应力峰值强度随着含水率的增大先增加后减小;干密度较小时,砂泥岩混合料应力-应变曲线表现为应变硬化型,随着干密度的增加,应力-应变曲线形态向应变软化型转变;砂泥岩混合料抗剪强度参数均随干密度的增加而增大;土体抗剪强度参数随砂岩颗粒含量的增加而增加。     

沥青混合料裂纹发展过程的颗粒流模拟

为了在细观尺度下描述沥青混合料的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC2D内置“Fish”语言,重构了沥青混合料非均质(集料、胶浆和空隙)多层次(矿料级配)结构虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟3点弯曲试验,借助数字摄像法捕捉了室内小梁试件表面裂纹发展情况,在二维尺度下探索了沥青混合料的部分断裂机理.结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,仅采用试件单面图像信息构建模型进行力学性能预测缺乏可信度;虚拟试验模拟的二维裂纹扩展路径与室内数字摄影法结果较为相似,二者都体现出材料脆性断裂特点,二维模型往往夸大了粗集料在混合料断裂过程中的作用;基于离散元程序的裂纹扩展行为分析方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂行为的辅助手段.