散体材料直剪试验数值模拟研究

文章利用有限元软件ABAQUS对散体物料的直剪试验进行模拟,分析不同的本构模型对散体适应性。结果表明,Cam-Clay（剑桥模型）和Drucker—Prager模型均能达到良好的模拟效果,其中Drucker—Prager模型能反映散体的剪胀特性。通过模拟,可直观地看到剪切应力的不均匀分布。     

粒状体直剪试验的数值模拟与微观考察

 摘要　用离散单元法模拟了粒状体的直剪试验。基于数值模拟结果, 提出了修正剪胀试样与剪切盒内壁间的摩擦对剪切强度影响的方法, 估算了直剪试验试样的整体应变, 并探讨了剪切面上宏观应力2应变量与粒子的微观结构量之间的关系。     

砂卵石土直剪试验颗粒离散元细观力学模拟

砂卵石土作为一种特殊的岩土材料越来越受到研究者的重视。以三维颗粒流程序(PFC3D)为工具,建立砂卵石土直剪试验数值模型,并与试验结果进行对比分析,由于砂卵石土是一种三维不连续介质,并具有任意的形状,数值模拟结果相对于试验数据偏低。为更好地研究其抗剪特性,采用多面体颗粒近似模拟砂卵石土,并将其结果与以传统的球形颗粒模拟砂卵石土的结果进行对比分析。结果表明:多面体颗粒相对于球形颗粒而言,能较好地反映砂卵石土直剪试验的剪切破坏现象,与试验数据更加吻合。细观参数敏感性分析表明:抗剪曲线的峰值段主要受接触刚度和摩擦系数的影响,剪切曲线的上升段主要受接触刚度的影响。     

原位直剪试验测试强风化岩体强度参数的数值模拟

简述了某强风化岩的原位直剪试验,并采用数值模拟手段对试验进行模拟还原。结果表明,模拟得到的土体强度参数与试验值较为接近,在一定程度上证明了数值计算方法的准确性。而后对试样的应力变形特性进行了分析,试样剪应力云图大体呈现工字型分布,也即试样两端的剪应力较大,而中部的剪应力相对较小,试样在约束刚度较大的位置(如靠近铁质剪切盒)或具有一定凹角的接触面上(如剪切盒的边角处)存在明显的应力集中现象。通过数值模拟计算,一方面可以更为全面地展示原位直剪试验结果,揭示在试验中所无法获取的信息,另一方面,模拟结论也能够跟试验成果互为佐证,以便将其可靠地推广应用到滑坡的防治研究中。     

粗粒土大型直剪试验的二维离散元模拟

通过一组强风化玄武岩粗粒土的室内大型直剪试验,获取其强度、变形等宏观参数。并基于颗粒离散元软件PFC2D,采用圆盘模拟土颗粒建立了考虑级配的二维直剪模型,结果表明：黏结半径因子为0．39时,剪应力一剪位移模拟值与试验值相符较好,垂直位移一剪位移模拟值与试验值之间存在一定的偏差;通过参数校正发现圆盘间摩擦系数随着垂直压力增加而增大,其值介于0．15—0．60;剪切过程造成了接触压力的偏转和集中,剪切缝附近圆盘呈不规则的涡状细观运动。     

基于黏结颗粒模型某滑坡土石混合体直剪试验数值模拟

 介绍基于数字图像处理建立数值模型的基本过程,实现由现场数字照片直接生成土石混合体的颗粒流模型。以溪洛渡水电站坝址附近某滑坡土石混合体为例,基于实拍照片建立其细观数值模型,利用PFC2D程序分析碎石和土体数值模型中微观力学参数的反算问题,分别为滑坡体中的碎石和土体选定与其宏观力学特征相一致的微观力学参数,进行直剪试验的数值模拟,并与均质土体的模拟结果相比较。结果显示：利用双轴试验反算的土体微观参数运用于直剪试验获得的宏观力学参数与实际一致;一定含量的碎石使土石混合体的初始剪切刚度较均质土有所增大,达到峰值抗剪强度所需的剪切位移减少;假定土石界面的黏结强度为土体内部的1/10时,土石混合体的内摩擦角明显增大,而黏聚力则稍有减少;与均质土体直剪形成的破裂面相比,土石混合体模型中的裂隙部分集中于剪切面呈宽带状,部分存在碎石与土体分界面,基于此可定性探讨一定碎石含量的土石混合体抗剪性能优于均质土体的原因。     

某核电厂边坡岩体结构面直剪试验研究

综述了边坡工程结构面抗剪强度参数的获取方法,探讨了基于钻孔取芯的室内直剪试验设计方案.采用YDS携带式岩、土力学性质多功能试验仪,设计了某核电厂边坡结构面抗剪断直剪试验和摩擦直剪试验,比较了结构面抗剪强度参数的试验值和经验值,采用三维可变形离散元法数值还原了结构面抗剪断直剪试验全过程.试验表明:室内试验测得的某核电厂边...     

堆石坝现场碾压试验与离散元数值分析

根据糯扎渡水电站大坝上下游粗堆石区 I 区料源的现场碾压试验,基于离散元法提出堆石坝碾压试验数值模拟方法,并通过该方法对堆石坝现场碾压试验进行数值分析,探讨碾压过程中粒径分布对碾压质量的影响,分析碾压过程中颗粒的运动规律、密度形成机制及压实特性;模拟结果与实测结果基本吻合,验证离散元数值模拟方法应用于堆石坝碾压特性研究的可行性,更直观地从细观角度解释堆石体碾压过程中宏观参数(如干密度等)的变化规律,为大坝I区堆石料选取科学合理的碾压施工参数,为堆石体碾压特性研究提供新的途径。     

考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离散元模拟

离散单元法被广泛地应用于颗粒破碎的问题研究中。利用离散元软件PFC-2D对粗粒土一维压缩试验进行数值模拟,可视化压缩过程中颗粒破碎情况和破碎规律。模拟得到了粗粒土一维压缩的log e-logσ曲线,探究初始粒径尺寸、颗粒间摩擦系数、颗粒破碎情况、颗粒破碎准则对于压缩特性的影响。随着初始粒径的增大,压缩系数增大,而屈服应力明显减小;随着颗粒间摩擦系数的增大,压缩系数增大,屈服应力减小;颗粒破碎情况对压缩曲线特性基本无影响;随着破碎准则中分维D的增大,压缩系数增大,屈服应力略有减小。考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离散元模拟为研究压缩曲线的压缩特性提供了新方法,是对室内一维压缩试验的补充。     

直剪试验颗粒流模拟参数敏感性分析

利用离散元颗粒流程序PFC2D对砂土的直剪试验进行了模拟,试验中通过改变颗粒的孔隙比、接触刚度和粒间摩擦系数等微观参数的取值,来探究宏观参数如初始弹性模量和内摩擦角的变化。得到颗粒的平均配位数随孔隙比的变化曲线、不同围压下颗粒的法向重叠量随颗粒刚度的变化曲线和材料内摩擦角和颗粒摩擦系数间的关系曲线,有益于理解土体的本构模型。     

沥青混合料三轴剪切试验的离散元模拟研究

为了更好地评价和预估沥青混合料抗车辙能力,基于离散元方法,应用PFC2D软件对沥青混合料的三轴剪切试验进行离散元数值模拟,并将模拟结果与实验室试验结果进行了对比分析.结果表明,离散元模拟结果与实验室试验结果具有较好的相关性,且规律一致,验证了模型的正确性;可基于此模型建立评价和预估沥青混合料抗车辙能力的虚拟试验方法.     

级配缺失对砂土剪切力学特性的影响

为研究级配缺失对砂土剪切力学特性的影响,结合室内直剪试验和离散元模拟对其进行了分析。室内试验结果表明,颗粒级配的缺失会导致砂土抗剪强度出现不同程度的下降,其中缺失粗颗粒的土样强度下降程度最大。通过建立与室内试验结果相匹配的PFC2D数值模型,很好的弥补了室内试验在细观参数监测上的不足,主要对级配缺失后土样的力链形态、剪胀特性及孔隙率演变等情况进行了讨论,结果表明,在剪切过程中粗颗粒对土样的应力传递和局部应变起到主要的作用,而细颗粒的填充有助于提高砂土力链网络的稳定性。     

Response of Unsaturated Sandy Soils Under Constant Shear Stress Drained Condition

In order to understand the mechanism and conditions leading to failure of sandy slopes due to the infiltration of rainwater, constant shear stress drained triaxial tests were conducted on three sets of soil samples-normal sand, gravelly sand and silty sand-taken from natural slopes where large-scale landslides have occurred in the past. Water was infiltrated from the bottom of an initially unsaturated soil specimen under constant shear stress drained condition until failure occurred. Such a loading pattern simulated the stress path followed by a soil element on a potential failure plane on a slope subjected to rainwater infiltration. The effects of various parameters reflecting the initial condition, such as relative density, principal stress ratio, degree of saturation and infiltration rate, on the development of deformation during the infiltration process were investigated. The test results confirmed that the development of pore water pressure within the soil is the main reason for the failure of slopes during heavy rainfall. The results obtained can serve as guidelines in developing warning systems against impending rainfall-induced slope failures.     

Q_2黄土的非饱和直剪试验研究

改进了后勤工程学院研制的国内第一台非饱和土直剪仪,升级为四联非饱和土直剪仪。四联非饱和土直剪仪极大的缩短了试验时间,提高了效率。利用该仪器研究了原状、重塑非饱和Q2黄土的抗剪强度特性。试验结果表明,在试验研究的吸力范围内,原状、重塑Q2黄土的凝聚力均随吸力线性增加,内摩擦角随吸力的变化较小,可以认为是一常数;吸力摩擦角较大,说明Q2黄土的抗剪强度受吸力变化影响较大,也即受含水率变化影响较大。原状Q2黄土的抗剪强度大于重塑Q2黄土,随着吸力增大,结构性增强。     

Evaluation of Undrained Shear Strength of Soils from Field Penetration Tests

The evaluation of undrained shear strength of soils is necessary in determining the possibility of occurrence of flow deformation during earthquakes. The present study is aimed at examining the evaluation of undrained shear strength of silty sands from field with Swedish weight sounding tests and cone penetration tests. Based on the outcome of the previous studies on laboratory triaxial tests, the undrained shear strength ratio is defined as the undrained shear strength divided by the initial effective major principal stress. The undrained shear strength ratio is then formulated with respect to the relative density. The penetration resistances of Swedish weight sounding and cone penetration tests are then formulated with respect to the effective overburden stress and relative density, based on laboratory calibration chamber tests. By combining these formulations, the correlations of the undrained shear strength with Swedish penetration resistance and cone tip resistance are established. The range of values of penetration resistances indicative of soil layers susceptible to flow deformation is discussed. The correlations of the undrained shear strength with field penetration resistances thus derived are then examined from case history studies. Two case history studies are carried out with Swedish weight sounding tests at the sites of flow failures induced during the recent earthquakes. A series of case history studies are reexamined, which were carried out with Dutch cone penetration tests in the past studies.     

现场剪切试验单点法对抗剪强度值的影响分析

岩体现场剪切试验经常采用多点法或者单点法,结合工程实践阐述了单点法试验类别及特点,并就单点法在试验过程中受试验条件和技术方法等因素的影响进行了探讨,分析了这些因素对于利用单点法测定C、Φ值造成的影响。单点法试验数据的分析表明:虽然单点法测定岩体强度参数值时存在各种因素导致的误差,但从工程应用角度而言进行适当的技术控制,可有效减小试验误差对测试结果的影响,完全可以满足工程应用的精度要求。最后结合试验全过程进一步总结了单点法的控制要点和试验数据处理的技术要求。     

基于现场大型直剪试验的顺层岩质边坡稳定性分析

以重庆轨道交通十号线朱家湾车场为依托工程,采用现场原位大型直剪试验,得到岩体软弱结构面的强度参数,与《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013中的软弱结构面抗剪强度指标推荐值进行对比。运用有限元强度折减法对该边坡典型断面的破坏模式和稳定性进行分析,其结果显示该边坡为欠稳定边坡,易沿层面发生滑动破坏,针对分析结果提出了相应的加固和支护措施。     

三维离散元法解析砂型泥石流细观运动特征研究

基于散体介质理论的三维离散元数值分析方法,引入粘滞阻尼模型考虑系统耗能效应,求解固体作用力和流体连续性方程,充分考虑流固耦合作用,对中、细标准砂泥石流过程进行仿真分析,得到不同砂型泥石流破坏过程及渗流场、颗粒速度场、孔隙率、颗粒接触数等参数变化规律。分析表明,中砂、细砂分别表现出分层渐进式和流滑型的破坏模式,这与已有物理试验现象吻合,验证该模型的适用性,并从渗流场分布规律深刻解释该现象发生机理。泥石流过程中土颗粒速度矢量变化规律从细观上揭示了隐藏在颗粒内部的相互碰撞、摩擦、滑动等复杂运动特点,从宏观上揭示了中砂土坡脚薄弱位置率先突破,主滑动体形成直至完全失稳的分级渐进式破坏过程。进一步分析了土体孔隙率和平均接触数分布云图变化规律,中砂泥石流过程中随颗粒运动,滑动体孔隙率逐渐增大,颗粒接触数逐渐减小,并且这种发展趋势逐渐往坡后方土体蔓延;进一步揭示了中砂泥石流分级渐进破坏过程与颗粒速度场分析规律一致。分析结果表明了该模型方法在模拟泥石流这种大变形、流固耦合问题上的适用性,这对泥石流复杂机理的更深入探索是有益的。