专利名称：一种级配碎石三轴试验的数值模拟方法
技术领域：
本发明属于交通土建工程领域，涉及一种级配碎石三轴试验的数值模拟方法。本发明基于PFC2d软件平台，可准确、便捷地预测荷载作用下级配碎石力学行为。
背景技术：
级配碎石属典型道路基层材料，物理力学特性极为复杂。目前，常采用室内三轴试验研究级配碎石的强度与变形规律，其基本原理及步骤如下(1)按最大干密度和最佳含水量制备试件；(2)安装应力 应变监测系统；(3)对试件施加轴向压力；(4)整理试验结果获取级配碎石应力应变曲线。目前，未见有级配碎石三轴试验数值模拟方法的报道。申请人:分析上述级配碎石室内三轴试验方法，存在如下缺陷(1)试验成本高、效率低，不利于揭示级配碎石强度变形规律及其影响因素；(2)难以监测荷载作用下级配碎石的内部物质运移和细观力学特征。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种级配碎石三轴试验的数值模拟方法。该方法可准确、便捷地预测荷载作用下级配碎石力学性状的变化规律。为了实现上述任务，本发明采取以下的技术解决方案予以实现一种级配碎石三轴试验的数值模拟方法，其特征在于，按照以下步骤进行1)物理模型的构建(1)试件的模拟①基本参数的测试测定碎石密度，确定级配碎石最大干密度和最佳含水量；②试模的模拟利用PFC2d内置命令“wall”生成两片长度为H的竖直墙体和一片长度为D的水平墙体组成开口向上的半封闭矩形以模拟试模；③级配碎石的生成根据矿料级配、碎石密度、压实度、试件尺寸和最大干密度计算第i种规格集料的二维映射面积Si,见式(1)。利用PFC2d内置命令“ball”在模拟试模中生成颗粒，并使之符合第i种规格集料的粒径要求，当生成颗粒的总面积达到Si时，停止颗粒生成；
c 楊 KP1.λΛS1 =-PmaxC1)
P1式中P max 最大干密度，g/cm3 ；d:试件直径，cm;h:试件高度，cm;K:压实度，Pi 第i种规格集料的分计筛余百分率，％，i为大于0的自然数；
P i 第i种规格集料的密度，g/cm3, i为大于0的自然数。按上述方法依次生成各规格集料颗粒；④模拟试件的生成利用PFC2d内置命令“wall”生成长度为D的模拟压板。压板以速度V竖直向下推动模拟试模内的集料颗粒，直至运算步数达到η为止。η按式(2)计算；
权利要求
1. 一种级配碎石三轴试验的数值模拟方法，其特征在于，按照以下步骤进行 1)物理模型的构建 (1)试件的模拟①基本参数的测试测定碎石密度，确定级配碎石最大干密度和最佳含水量；②试模的模拟利用PFC2d内置命令“wall”生成两片长度为//的竖直墙体和一片长度为々的水平墙体组成开口向上的半封闭矩形以模拟试模；③级配碎石的生成根据矿料级配、碎石密度、压实度、试件尺寸和最大干密度，用公式(1)计算出第i种规格集料的二维映射面积A；利用PFC2d内置命令“ball”在模拟试模中生成颗粒，并使之符合第i种规格集料的粒径要求，当生成颗粒的总面积达到&时，停止颗粒生成；式中最大干密度，g/cm3 ； d 试件直径，cm ； h 试件高度，cm ； f 压实度，％;Pi 第i种规格集料的分计筛余百分率，％，i为大于0的自然数； P i 第i种规格集料的密度，g/cm3, 为大于0的自然数； 按上述方法依次生成各规格集料颗粒； ④模拟试件的生成利用PFC2d内置命令“wall”生成长度为々的模拟压板，压板以速度K竖直向下推动模拟试模内的集料颗粒，直至运算步数达到《为止，《按以下式(2)计算；式中-M 运算步数，step ； L 模拟压板移动距离，cm ； K:模拟压板移动速度，cm/s; dt 时间步长，s/step ； H 试模高度，cm ； h 试件高度，cm ； 2)力学模型的构建①接触模型的选取采用Hertz模型和滑动模型描述级配碎石的颗粒性结构特征和非线性力学特性，其中，Hertz模型通过泊松比h剪切模量G定义，滑动模型通过摩擦系数//定义；②物理模型微力学参数的赋予利用PFC2d内置命令“prop”赋予级配碎石物理模型以微力学参数，包括泊松比κ、剪切模量仏摩擦系数#；微力学参数可通过级配碎石室内三轴试验结果反算获取； 3)加载过程的模拟与结果整理 ①围压的控制通过控制墙体速度以保持墙体应力恒定的方法实现围压控制，墙体速度计算按式(3) 进行；
全文摘要
本发明公开了一种级配碎石三轴试验的数值模拟方法，通过建立物理模型和力学模型，进行级配碎石三轴试验的模拟，包括基本参数的测试，试模的模拟，级配碎石模拟试件的生成；其次，赋予物理模型微力学参数，构建力学模型；然后，对级配碎石模拟试件进行加载模拟，得到级配碎石应力应变曲线。该方法可准确、便捷地再现三轴试验中级配碎石应力～应变曲线并揭示力学性状变化规律，有利于深入研究级配碎石破坏机理。
文档编号G06F17/50GK102222126SQ20111008839
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者任皎龙, 刘延金, 徐寅善, 李思超, 李頔, 蒋应军, 马庆伟 申请人:长安大学