基于PFC3D的砂土破碎細(xì)觀模擬

摘 要：運(yùn)用PFC3D模擬砂土細(xì)觀破碎是離散元中比較常用的方法，國(guó)內(nèi)外很多研究者研究了砂土在一維壓縮和三軸實(shí)驗(yàn)下的細(xì)觀破碎模擬。很多學(xué)者對(duì)砂土破碎準(zhǔn)則做出了很多論證，本文將論證其中的一種，得到砂土的e-logσ曲線看齊定性規(guī)律是否符合實(shí)驗(yàn)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：細(xì)觀模擬；準(zhǔn)則；PFC3D

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.088

0 引言

顆粒材料在很多領(lǐng)域都應(yīng)用的特別廣泛，在工程領(lǐng)域中，可以將砂土看做一個(gè)個(gè)圓形顆粒。砂土顆粒的破碎會(huì)造成工程地基應(yīng)力的變化，這種變化往往對(duì)建筑是不利的，例如：大樓、碼頭、軌道等建筑物。砂土顆粒破碎會(huì)引起這些建筑物的地基承載力的減小或者喪失，會(huì)引起上部建筑物的不均勻沉降，嚴(yán)重的甚至?xí)鹕喜拷ㄖ膬A覆，造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

運(yùn)用PFC2D研究砂土顆粒破碎已經(jīng)十分成熟了，隨著計(jì)算機(jī)效率的不斷提高，PFC3D模擬砂土細(xì)觀破碎也被越來(lái)越多的人運(yùn)用。PFC3D可以比PFC2D更加直觀的模擬砂土破碎。在本文中，會(huì)模擬砂土在一維壓縮過(guò)程中的破碎，采用 wei zhou[1]在其三維細(xì)觀模擬中所運(yùn)用的顆粒破碎準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行砂土細(xì)觀破碎模擬。

1 顆粒破碎

1.1 顆粒破碎模型

砂土破碎之后，生成小顆粒可以使用綁定模型和替代模型，但是在3D中采用替代模型比較多。G.R.McDOWELL[2]提出了3D中的替代模型，采用疊合法來(lái)生成小球，并使生成前后的球質(zhì)量守恒。疊合法的優(yōu)勢(shì)是能夠提高運(yùn)算效率，但是在運(yùn)算過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的疊合量，使得模型的內(nèi)應(yīng)力較大，但是可以通過(guò)在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)循環(huán)在消除內(nèi)應(yīng)力。所以就采用如圖1的破碎模型。

1.3 顆粒破碎模擬及結(jié)果

一維壓縮的試樣根據(jù)G.R.McDOWELL[3]的模型，采用20mm高，底面直徑為10毫米的圓柱形試樣，內(nèi)部顆粒數(shù)為857個(gè)。對(duì)其進(jìn)行一維壓縮。壓縮結(jié)果如圖2所示。

將圖2和J.DE BONO[3]運(yùn)用其他準(zhǔn)則模擬相比，發(fā)現(xiàn)符合一般規(guī)律。

2 結(jié)論

根據(jù)以上模擬結(jié)果顯示，本文所采用的準(zhǔn)則適用于一維壓縮模擬之中。

參考文獻(xiàn)：

[1]Wei Zhou·Lifu Yang·Gang Ma·Xiaolin Chang·Yonggang Cheng1·Dianqing Li.Macro–micro responses of crushable granular materialsin simulated true triaxial tests. Granular Matter. DOI 10.1007/s10035-015-0571-3.

[2]G.R. McDOWELL and J.P.DE BONO. On the micro mechanics of one-dimensional normal compression.Ge?otechnique 63， No. 11， 895–908.

[3]J.DE BONO and G.MCDOWELL.Particle breakage criteria in discrete-element modelling. de Bono，J.& McDowell，G. Géotechnique.

作者簡(jiǎn)介：張檢（1991-），男，碩士，主要研究方向：砂土破碎細(xì)觀模擬。