專利名稱：一種級配碎石三軸試驗的數(shù)值模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通土建工程領(lǐng)域，涉及一種級配碎石三軸試驗的數(shù)值模擬方法。本發(fā)明基于PFC2d軟件平臺，可準確、便捷地預測荷載作用下級配碎石力學行為。
背景技術(shù)：
級配碎石屬典型道路基層材料，物理力學特性極為復雜。目前，常采用室內(nèi)三軸試驗研究級配碎石的強度與變形規(guī)律，其基本原理及步驟如下(1)按最大干密度和最佳含水量制備試件；(2)安裝應(yīng)力 應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)；(3)對試件施加軸向壓力；(4)整理試驗結(jié)果獲取級配碎石應(yīng)力應(yīng)變曲線。目前，未見有級配碎石三軸試驗數(shù)值模擬方法的報道。申請人:分析上述級配碎石室內(nèi)三軸試驗方法，存在如下缺陷(1)試驗成本高、效率低，不利于揭示級配碎石強度變形規(guī)律及其影響因素；(2)難以監(jiān)測荷載作用下級配碎石的內(nèi)部物質(zhì)運移和細觀力學特征。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種級配碎石三軸試驗的數(shù)值模擬方法。該方法可準確、便捷地預測荷載作用下級配碎石力學性狀的變化規(guī)律。為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取以下的技術(shù)解決方案予以實現(xiàn)一種級配碎石三軸試驗的數(shù)值模擬方法，其特征在于，按照以下步驟進行1)物理模型的構(gòu)建(1)試件的模擬①基本參數(shù)的測試測定碎石密度，確定級配碎石最大干密度和最佳含水量；②試模的模擬利用PFC2d內(nèi)置命令“wall”生成兩片長度為H的豎直墻體和一片長度為D的水平墻體組成開口向上的半封閉矩形以模擬試模；③級配碎石的生成根據(jù)礦料級配、碎石密度、壓實度、試件尺寸和最大干密度計算第i種規(guī)格集料的二維映射面積Si,見式(1)。利用PFC2d內(nèi)置命令“ball”在模擬試模中生成顆粒，并使之符合第i種規(guī)格集料的粒徑要求，當生成顆粒的總面積達到Si時，停止顆粒生成；
c 楊 KP1.λΛS1 =-PmaxC1)
P1式中P max 最大干密度，g/cm3 ；d:試件直徑，cm;h:試件高度，cm;K:壓實度，Pi 第i種規(guī)格集料的分計篩余百分率，％，i為大于0的自然數(shù)；
P i 第i種規(guī)格集料的密度，g/cm3, i為大于0的自然數(shù)。按上述方法依次生成各規(guī)格集料顆粒；④模擬試件的生成利用PFC2d內(nèi)置命令“wall”生成長度為D的模擬壓板。壓板以速度V豎直向下推動模擬試模內(nèi)的集料顆粒，直至運算步數(shù)達到η為止。η按式(2)計算；
權(quán)利要求
1. 一種級配碎石三軸試驗的數(shù)值模擬方法，其特征在于，按照以下步驟進行 1)物理模型的構(gòu)建 (1)試件的模擬①基本參數(shù)的測試測定碎石密度，確定級配碎石最大干密度和最佳含水量；②試模的模擬利用PFC2d內(nèi)置命令“wall”生成兩片長度為//的豎直墻體和一片長度為々的水平墻體組成開口向上的半封閉矩形以模擬試模；③級配碎石的生成根據(jù)礦料級配、碎石密度、壓實度、試件尺寸和最大干密度，用公式(1)計算出第i種規(guī)格集料的二維映射面積A；利用PFC2d內(nèi)置命令“ball”在模擬試模中生成顆粒，并使之符合第i種規(guī)格集料的粒徑要求，當生成顆粒的總面積達到&時，停止顆粒生成；式中最大干密度，g/cm3 ； d 試件直徑，cm ； h 試件高度，cm ； f 壓實度，％;Pi 第i種規(guī)格集料的分計篩余百分率，％，i為大于0的自然數(shù)； P i 第i種規(guī)格集料的密度，g/cm3, 為大于0的自然數(shù)； 按上述方法依次生成各規(guī)格集料顆粒； ④模擬試件的生成利用PFC2d內(nèi)置命令“wall”生成長度為々的模擬壓板，壓板以速度K豎直向下推動模擬試模內(nèi)的集料顆粒，直至運算步數(shù)達到《為止，《按以下式(2)計算；式中-M 運算步數(shù)，step ； L 模擬壓板移動距離，cm ； K:模擬壓板移動速度，cm/s; dt 時間步長，s/step ； H 試模高度，cm ； h 試件高度，cm ； 2)力學模型的構(gòu)建①接觸模型的選取采用Hertz模型和滑動模型描述級配碎石的顆粒性結(jié)構(gòu)特征和非線性力學特性，其中，Hertz模型通過泊松比h剪切模量G定義，滑動模型通過摩擦系數(shù)//定義；②物理模型微力學參數(shù)的賦予利用PFC2d內(nèi)置命令“prop”賦予級配碎石物理模型以微力學參數(shù)，包括泊松比κ、剪切模量仏摩擦系數(shù)#；微力學參數(shù)可通過級配碎石室內(nèi)三軸試驗結(jié)果反算獲取； 3)加載過程的模擬與結(jié)果整理 ①圍壓的控制通過控制墻體速度以保持墻體應(yīng)力恒定的方法實現(xiàn)圍壓控制，墻體速度計算按式(3) 進行；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種級配碎石三軸試驗的數(shù)值模擬方法，通過建立物理模型和力學模型，進行級配碎石三軸試驗的模擬，包括基本參數(shù)的測試，試模的模擬，級配碎石模擬試件的生成；其次，賦予物理模型微力學參數(shù)，構(gòu)建力學模型；然后，對級配碎石模擬試件進行加載模擬，得到級配碎石應(yīng)力應(yīng)變曲線。該方法可準確、便捷地再現(xiàn)三軸試驗中級配碎石應(yīng)力～應(yīng)變曲線并揭示力學性狀變化規(guī)律，有利于深入研究級配碎石破壞機理。
文檔編號G06F17/50GK102222126SQ20111008839
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者任皎龍, 劉延金, 徐寅善, 李思超, 李頔, 蔣應(yīng)軍, 馬慶偉 申請人:長安大學