基于PFC3D的砂土破碎細觀模擬

摘 要：運用PFC3D模擬砂土細觀破碎是離散元中比較常用的方法，國內外很多研究者研究了砂土在一維壓縮和三軸實驗下的細觀破碎模擬。很多學者對砂土破碎準則做出了很多論證，本文將論證其中的一種，得到砂土的e-logσ曲線看齊定性規律是否符合實驗趨勢。

關鍵詞：細觀模擬；準則；PFC3D

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

0 引言

顆粒材料在很多領域都應用的特別廣泛，在工程領域中，可以將砂土看做一個個圓形顆粒。砂土顆粒的破碎會造成工程地基應力的變化，這種變化往往對建筑是不利的，例如：大樓、碼頭、軌道等建筑物。砂土顆粒破碎會引起這些建筑物的地基承載力的減小或者喪失，會引起上部建筑物的不均勻沉降，嚴重的甚至會引起上部建筑的傾覆，造成巨大的財產損失和人員傷亡。

運用PFC2D研究砂土顆粒破碎已經十分成熟了，隨著計算機效率的不斷提高，PFC3D模擬砂土細觀破碎也被越來越多的人運用。PFC3D可以比PFC2D更加直觀的模擬砂土破碎。在本文中，會模擬砂土在一維壓縮過程中的破碎，采用 wei zhou[1]在其三維細觀模擬中所運用的顆粒破碎準則來進行砂土細觀破碎模擬。

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，采用疊合法來生成小球，并使生成前后的球質量守恒。疊合法的優勢是能夠提高運算效率，但是在運算過程中會產生很大的疊合量，使得模型的內應力較大，但是可以通過在運行過程中通過循環在消除內應力。所以就采用如圖1的破碎模型。

1.3 顆粒破碎模擬及結果

一維壓縮的試樣根據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，內部顆粒數為857個。對其進行一維壓縮。壓縮結果如圖2所示。

將圖2和J.DE BONO[3]運用其他準則模擬相比，發現符合一般規律。

2 結論

根據以上模擬結果顯示，本文所采用的準則適用于一維壓縮模擬之中。

參考文獻：

[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.

作者簡介：張檢（1991-），男，碩士，主要研究方向：砂土破碎細觀模擬。