粒狀土直剪試驗的二維離散元模擬.pdf

1、直剪試驗具有諸多優(yōu)點，長期以來作為粗粒土主要的試驗方法之一來獲得較為可靠的土體抗剪強度。然而其固有的缺陷和局限性也不容忽視。因此，通過顆粒流數(shù)值模擬方法從微觀顆粒的角度來認識土體顆粒本身在剪切過程中的受力與變形的情況，進而優(yōu)化其試驗結(jié)果，極具實際意義。
　　本文首先總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于直剪試驗的顆粒流模擬、以及直剪試驗的特點，從而分析了顆粒流數(shù)值模擬的基本原理和方法，建立了普通直剪試驗和大型直剪試驗的二維離散元模型。其次，標定了模型試驗

2、的細觀輸入?yún)?shù)，得到了細觀輸入?yún)?shù)對試驗宏觀性質(zhì)的影響，進而對室內(nèi)試驗進行了仿真對比，估算了粒狀土直剪試驗的應(yīng)變。最后基于直剪試驗缺陷探討，提出了三種優(yōu)化方法。得到了以下結(jié)論：⑴借助PFC2D顆粒流方法，可以較準確地模擬粒狀土的直剪試驗過程，進而對直剪試驗的缺陷進行微觀機理的分析，試驗結(jié)果可信，試驗成本非常低。⑵通過顆粒流模擬的粒子位移場監(jiān)測，得到直剪試驗的剪切帶寬度范圍，接近較早之前的研究結(jié)論，進而估算了粒狀土體材料的整體正應(yīng)變和剪應(yīng)

3、變。⑶模擬結(jié)果表明使用反向加載機構(gòu)可以考慮側(cè)壁摩擦力對于正應(yīng)力的影響;側(cè)壁摩擦力與豎向位移-剪位移關(guān)系曲線較為吻合。對比室內(nèi)試驗與修正的結(jié)果表明，剪切盒側(cè)壁的摩擦力對于強度參數(shù)的影響并不十分明顯。⑷利用顆粒流模擬粒狀土剪切運動的規(guī)律并結(jié)合應(yīng)力分析提出了剪切面偏轉(zhuǎn)修正的數(shù)學(xué)公式，修正結(jié)果表明其影響不應(yīng)當忽略。這不同于剪切面積改變的影響，剪切面積改變對強度影響不大，可以接受。⑸從剪切面積改變和剪切面偏轉(zhuǎn)的修正結(jié)果來看，非標直剪試驗的試驗結(jié)果