车辆荷载作用下离散连续耦合计算加筋路堤模型建立方法
【专利摘要】本发明公开了一种车辆荷载作用下离散连续耦合计算加筋路堤模型建立方法，包括以下步骤：a、在FLAC中建立高填方路堤连续单元数值模型；b、在FLAC高填方路堤连续单元数值模型中删除筋土界面区域PFC部分的连续单元；c、在筋土界面区域PFC部分建立颗粒流数值模型；d、得出速度波
，车辆荷载转化为速度余弦波；PFC根据得到的速度通过接触位移关系计算交界面处的接触力，并施加到交界面处的的颗粒上，同时也传送回FLAC中，完成一时步计算；e、FLAC和PFC同时开始下一时步计算，直至平衡。此种方法提高了计算效率，缩短了计算时间。
【专利说明】车辆荷载作用下离散连续耦合计算加筋路堤模型建立方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土工检测【技术领域】，特别地，涉及一种车辆荷载作用下离散连续耦合 计算加筋路堤模型建立方法。
【背景技术】
[0002] 土工合成材料与土体界面作用机理直接决定了加筋土工程的质量，研究动载作用 下筋土界面作用特性能够更加深入的揭示众多实际加筋工程的加筋机理。但目前的研究基 本上是通过室内试验宏观的探讨了动载作用下筋土界面的力学性质，而基于连续介质力学 的有限元方法数值模拟筋土界面特性的情况，也只能分析其宏观特性。颗粒离散元法数值 模拟手段可以在得到筋土界面相互作用的宏观力学响的同时，获得土体细观组构参量的变 化规律。
[0003] PFC3D是Itasca公司2008年发布的一款高端产品，特别适合十复杂机理性问题研 究。它是利用显式差分算法和离散兀理论开发的微/细观力学程序，它是从介质的基本粒 子结构的角度考虑介质的基本力学特性，并认为给定介质在不同应力条件下的基本特性主 要取决十粒子之间接触状态的变化，适用研究粒状集合体的破裂和破裂发展问题、以及颗 粒的流动等大位移直问题。在岩土体工程中可以用来研究结构开裂、堆石材料特性和稳定 性、矿山崩落开采、边坡解体、爆破冲击等一系列传统数值方法难以解决的问题。基于颗粒 流方法，利用PFC3D软件及其二次开发程序对车辆荷载作用下筋土界面相互作用进行细观 模拟，此种方式还鲜有人员进行尝试。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于提供一种车辆荷载作用下离散连续耦合计算加筋路堤模型建立 方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种车辆荷载作用下离散连续耦合计算加筋路堤模 型建立方法，包括以下步骤： a、 在FLAC中建立高填方路堤连续单元数值模型，地基深度15m，路堤高28m，地基底部 施加固定约束，左右两边施加水平约束，并计算得出筋土界面区域PFC部分的初始边界条 件； b、 在FLAC高填方路堤连续单元数值模型中删除筋土界面区域PFC部分的连续单元，打 开Socket I/O接口等待连接； c、 在筋土界面区域PFC部分建立颗粒流数值模型，颗粒流模型为上底20m，下底32m，高 6m的梯形，模型内部有两排土工格栅，分别长24m和28m ;将FLAC计算获得的初始边界条件 施加到筋土界面区域离散元数值模型边界上，循环至平衡后打开Socket I/O接口与FLAC 连接； d、 在路堤顶端中部施加车辆荷载，由于车轮碾压时会对路堤产生压力，碾压后压力消 失，故路堤中部所受压力时有时无，车辆荷载可近似简化为力正弦波，通过牛顿第二运动定 律，当正弦加速度波的周期为7%持时为纟，加速度波为峠 M?r/T)sm(27S/r),则积分后可得 速度波v(f)= 〇.5(l-sm (27Ε/Γ)),车辆荷载可转化为速度余弦波，振幅2. 5X KT3 m/s，频率 IHz ;FLAC将交界面处单元的速度通过Socket I/O接口传送到PFC中，PFC根据得到的速度 通过接触位移关系计算交界面处的接触力，并施加到交界面处的的颗粒上，同时也传送回 FLAC中，完成一时步计算； e、FLAC和PFC同时开始下一时步计算，直至平衡。
[0007] 本发明具有以下有益效果： 采用离散-连续耦合方法对高填方路堤进行数值模拟，即在需要细观分析的土工格栅 与土体接触处采用PFC建模，地基及远离筋土界面区域的路堤采用FLAC建模，提高了计算 效率，缩短了计算时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。构成本申请的一部分的附图用来 提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成 对本发明的不当限定。在附图中： 图1是本发明中在FLAC中建立高填方路堤连续单元数值模型图； 图2是本发明中在FLAC高填方路堤连续单元数值模型中删除筋土界面区域PFC部分 的连续单元模型图； 图3是本发明中在筋土界面区域PFC部分建立颗粒流数值模型图； 图4是本发明中车辆荷载可转化为速度余弦波的波形图。
【具体实施方式】
[0009] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0010] 采用离散-连续耦合方法对高填方路堤进行数值模拟，即在需要细观分析的土工 格栅与土体接触处采用PFC建模，地基及远离筋土界面区域的路堤采用FLAC建模，以提高 计算效率，缩短计算时间。细观参数取值如下： UPFC数值试样细观参数：
【权利要求】
1. 一种车辆荷载作用下离散连续耦合计算加筋路堤模型建立方法，其特征在于，包括 以下步骤： a、 在FLAC中建立高填方路堤连续单元数值模型，地基深度15m，路堤高28m，地基底部 施加固定约束，左右两边施加水平约束，并计算得出筋土界面区域PFC部分的初始边界条 件； b、 在FLAC高填方路堤连续单元数值模型中删除筋土界面区域PFC部分的连续单元，打 开SocketI/O接口等待连接； c、 在筋土界面区域PFC部分建立颗粒流数值模型，颗粒流模型为上底20m，下底32m，高 6m的梯形，模型内部有两排土工格栅，分别长24m和28m;将FLAC计算获得的初始边界条件 施加到筋土界面区域离散元数值模型边界上，循环至平衡后打开SocketI/O接口与FLAC 连接； d、 在路堤顶端中部施加车辆荷载，由于车轮碾压时会对路堤产生压力，碾压后压力消 失，故路堤中部所受压力时有时无，车辆荷载可近似简化为力正弦波，通过牛顿第二运动定 律，当正弦加速度波的周期为7、持时为I，加速度波为(XT),则积分后可得 速度波ν(?)=0.5(1-sm(2iS/r)),车辆荷载可转化为速度余弦波，振幅2·5Χ10_3m/s，频率 IHz;FLAC将交界面处单元的速度通过SocketI/O接口传送到PFC中，PFC根据得到的速度 通过接触位移关系计算交界面处的接触力，并施加到交界面处的的颗粒上，同时也传送回 FLAC中，完成一时步计算； e、FLAC和PFC同时开始下一时步计算，直至平衡。
【文档编号】G06F19/00GK104462822SQ201410760005
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月13日 优先权日:2014年12月13日
【发明者】王家全, 王宇帆 申请人:广西科技大学