砂土单调剪切力学性状的颗粒流模拟

年后颗粒流（PFC)简介2009-10-07 11:14:48| 分类：岩土工程| 标签：|字号大中小订阅注：今天偶然间见到颗粒流的概念，以前一直不了解，今天查了查，贴在这里，以备以后可以温故知新。

本文内容源自浙江大学罗永先生的博士论文，使得吾辈能花较少的时间看到广博的知识，在此特向其表示感谢！岩土工程数值计算总体上可以分为两大类:一类是基于连续介质力学理论的方法，如有限元法(FEM)和快速拉格朗日法(FLAC(1tasea，2002))等;另一类是不连续介质力学的方法，如离散元法UDEC(1tasca，2000)、3DEC(Itasea，1998)、PFC(Itasea，2002)和块体理论DDA(石根华，1988)等。

离散元方法按其用途又可以分为宏观离散元方法和细观离散元方法，前者主要针对解决规模相对较大的不连续面，如断层节理结构与基础之间的结合面等引起的问题(UDEC，3DEC)，后者则着重于数目众多具有不连续特性的接触面或点，如破碎岩体中的破裂面、砂土中的接触面(点)和材料中颗粒之间的接触面(点)等。

PFC(Particle Flow Code)是在著名学者Peter Cundall 主持下采用细观离散元理论(又称为粒子流理论)开发的一种数值计算平台，可以广泛地应用于研究细观结构控制问题。

目前，PFC在世界上的应用并不广泛，成果报道也主要集中在PFC国际会议论文集中。

颗粒流PFC2D (Particle Flow Code in 2 Dimensions)平台数值模拟单元有两种:颗粒圆筒和颗粒(disc or particle)，主要用于平面应力和平面应变的特殊情况;颗粒流PFC3D(Particle Flow Code in 3 Dimensions)的数值模拟单元是三维球体颗粒(granular)，主要用于三维受力分析。

Cundall(2002)博士认为PFC在描述岩土体介质特殊特性方面有着其他常用数值方法不可比拟的优势，主要表现在如下方面:(l)能自动模拟介质基本特性随应力环境的变化;(2)能实现岩土体对历史应力一应变记忆特性的模拟(屈服面变化Kaiser效等);(3)反映剪胀及其对历史应力等的依赖性;(4)自动反映介质的连续非线行应力一应变关系屈服强度和此后的应变软化或硬化过程;(5)能描述循环加载条件下的滞后效应;(6)描述中间应力增大时介质特性的脆性一塑性转化;(7)能考虑增量刚度对中间应力和应力历史的依赖性;(8)能反映应力一应变路径引起的刚度和强度的各向异性问题;(9)描述了强度包线的非线性特征;(10)介质材料微裂缝的自然产生过程;PFC的基本特点粒子流属于不连续介质力学的一种方法，这里的粒子并不直接与介质中是否存在颗粒状物质有关，只是用来描述介质特性的一种方式。

关于颗粒流软件PFC的离散元数值模拟参数标定摘要：简要介绍了运用离散元理论及颗粒流软件PFC进行岩土类工程问题数值模拟的研究思路和方法，简述了运用PFC软件进行数值模拟时通常会遇到的关键性问题，通过结合笔者在研究过程中的实践经验，针对数值模拟的首要步骤即参数标定这一步，给出了相应的解决方案及研究结论。

关键词：颗粒流软件PFC；离散元；数值模拟；参数标定1工程背景随着工程规模的日益扩大，作为建筑材料以及地基介质的岩土体一直以来都是人们研究的热点。

目前，解决岩土类工程问题的主要研究手段有三大类，分别是理论分析、室内实验和数值模拟。

其中，数值模拟又因其便捷、高效以及可控性成为当今最为常用的研究方法。

常用的数值模拟方法主要基于有限元分析理论或离散元分析理论，运用计算机软件对实际的工程问题进行模拟，从而发现问题、得到内在规律并作出研究结论，对于指导工程实践具有重大意义。

2研究方法针对不连续介质问题以及大变形问题[1]，近年来新兴的离散元理论逐步代替传统的有限元理论被人们采用。

其主要理论依据是牛顿第二定律和力与位移的关系，求解思路为：将求解空间离散为分离的单元阵，相邻两个单元之间用合理的元件相连接；基本变量是单元间的相对位移，通过位移和力的关系可以分别得到单元之间的法向、切向作用力；求单元上受到的合力及合力矩，由牛顿运动定律计算出单元体的加速度；最后，积分得到单元的速度和位移。

通过以上计算过程可以得到任意时刻所有单元体的位移、速度和加速度。

在基于离散元分析理论开发出来的计算机软件中，最为广泛使用的是美国ITASCA公司开发的UDEC（univeralditinctelementcode）、3DEC（3-dimenionalditinctelementcode）块体离散元程序，和PFC2D （particleflowcodein2dimenion）、PFC3D（particleflowcodein3dimenion）软件。

砂土颗粒破碎机理及力学性质发布时间：2022-11-18T05:57:50.470Z 来源：《工程建设标准化》2022年13期第7月作者：林锦宏[导读] 随着国家对重大基础设施的投入，我们对砂土的应用更加广泛林锦宏广东华路交通科技有限公司摘要：随着国家对重大基础设施的投入，我们对砂土的应用更加广泛。

但其颗粒形状不规则，在高应力及特殊情况下会发生颗粒破碎，严重威胁建筑物的安全。

为此国内外学者对可破碎的砂土展开了实验室试验、数值模拟等方法来研究砂土的微观结构及其宏观的力学特性。

本文针对砂土颗粒破碎的研究做了国内外的综述。

首先明确国内外目前对于砂土研究的重点，其次再对各个重点方向，如：颗粒破碎程度的量化指标、影响因素、宏观力学性质、应力-应变关系，做较为综合的数据量化和陈述性归纳总结。

关键词：砂土；颗粒破碎；应力应变关系；固结试验土是矿物或岩石构成的松软集合体。

砂土的定义如下:粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50%、粒径大于0.075的颗粒质量超过总质量的50%的一种土。

砂土作为一种散体材料，不同于黏性土，几乎不具有黏结力（仅有微弱的颗粒间的咬合力），与连续介质的性质完全不同。

在高应力或者特殊情况下，砂土会出现颗粒破碎的特征。

对于颗粒破碎现象，目前研究的重点主要包括:(1)颗粒破碎程度的量化指标；(2）颗粒破碎的主要影响因素；(3)颗粒破碎对颗粒系统力学性质的影响，其中包括抗剪强度指标等宏观参数；(4)颗粒破碎对于颗粒系统应力-应变关系的影响。

1.颗粒破碎程度的量化指标实验室试验对破碎后颗粒尺寸的“微观”描述，一般是通过颗粒级配曲线来“宏观”实现，由此建立的颗粒破碎量化指标，从颗粒的级配等宏观特征与颗粒微观参数结合，实现颗粒破碎的一个宏微观的描述。

颗粒在竖向压力和剪应力的共同作用下发生颗粒破碎，在试验前后对每组试样都进行机械筛分，确定颗粒破碎量化指标，并计算出试样的破碎参数，分析颗粒级配对于颗粒破碎的影响;为了量化颗粒的破碎程度，引入相对破碎的概念，表达式如下:式中 Bt一总破碎，试验前、后颗粒分析级配曲线与粒径D竖线三条线所包围的面积;Bp一破碎势，试验前颗粒分析级配曲线与粒径D竖线所围的面积。

《土力学与地基基础》模拟题（一）一、填空题（每小题1分，共10分）1、根据地质成因条件的不同，有以下几类土：、、、等等。

2、土的抗剪强度室内试验方法通常有、、三种。

3、天然含水量大于，天然孔隙比大于或等于的粘性土称为淤泥。

4、颗粒分析试验对于粒径小于或等于60mm，大于0.075mm的土，可用测定。

5、当动水压力等于或大于土的有效重度时，土粒处于悬浮状态，土粒随水流动，这种现象称为。

6、单桩竖向承载力的确定，取决于两个方面，一是取决于桩本身的材料强度，二是取决于。

7、等高式大放脚是皮砖一收，两边各收进砖长。

8、符合下列条件者为三级地基（简单地基）：（1）岩土种类单一，均匀，性质变化不大。

（2）。

9、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的组合计算，且不应计入风荷载和地震作用。

10、根据挡土墙的位移情况与墙后土体的应力状态，土压力可分为主动土压力、被动土压力、三种。

其中：最小。

二、选择题（单选，每小题3分，共18分）1、衡量土的颗粒级配是否良好，常用（）指标判定。

A、不均匀系数B、含水量C、标贯击数D、内摩擦角2、中心荷载作用的条形基础底面下地基土中最易发生塑性破坏的部位是（）A、中间部位B、边缘部位C、距边缘1/4基础宽度的部位D、距边缘1/3基础宽度的部位3、对土骨架产生浮力作用的水是（）A、重力水B、毛细水C、强结合水 D弱结合水4、如果土的竖向自重应力记为σcz，侧向自重应力记为σcx，则二者关系为（）A、σcz〈σcxB、σcz= σcxC、σcz=K0σcxD、σcx=K0σcz5、下列因素中，与无粘性土的土坡稳定性相关的因素是（）A 、滑动圆弧的圆心位置B 、滑动圆弧的半径C 、土坡的坡高D 、土坡的坡角6、钢筋砼柱下条形基础的肋梁高度不可太小，一般宜为柱距的（ ）A 、1/10～1/8B 、1/8～1/4C 、1/4～1/3D 、1/3～1/2三、名词解释（每小题2分，共12分）1、液性指数2、沉降差3、管涌4、膨胀土5、群桩效应6、界限含水量四、简答题（每小题5分，共10分）1、何谓换土垫层法？砂石垫层的作用主要体现在哪些方面？2、何谓基底压力？其分布性状与哪些因素有关？五、计算题（第3题14分，其余各题每题12分，共计50分）1、某工程地基勘察中，由原状土试验测得，土的天然密度为ρ=1.80g/cm 3，土颗粒比重ds=，天然含水量W=%，求该土的e 、n 、Sr 、d ρ、d γ、sat ρ、sat γ、'ρ、'γ各为多少。

土工格室与砂土拉拔试验离散元细观分析王家全;徐良杰;张亮亮;朱存金【摘要】为研究土工格室加筋砂土的界面作用特性,采用离散元程序(PFC3D)建立土工格室加筋砂土的拉拔试验数值模型,分析了拉拔过程中的筋土界面位移、格室节点受力及界面接触力和孔隙率等宏细观参数的变化规律,揭示了土工格室加筋砂土在拉拔过程中筋土界面作用的宏细观机理.结果表明:格室拉拔阻力主要由格室纵肋界面摩擦阻力及格室横肋的被动承载力组成,界面摩擦阻力在前期发挥主要作用,而横肋的被动承载力在后期发挥主要作用;筋土界面区域的土体接触力和局部孔隙率随拉拔位移发生疏密相间的变化,界面区域砂土发生脱空,同时局部土体产生剪胀作用,对应界面孔隙率增大;宏观上随着拉拔位移增加,颗粒挤密咬合能力增强,对应的细观参数(界面接触力和界面局部孔隙率)发生起伏变化,界面区域接触力增大从而使得拉拔阻力随格室拉拔位移的增大而增大.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(044)001【总页数】9页(P148-156)【关键词】土工格室;拉拔试验;离散元方法;细观参数;接触力【作者】王家全;徐良杰;张亮亮;朱存金【作者单位】广西科技大学土木建筑工程学院,广西柳州 545006;广西科技大学土木建筑工程学院,广西柳州 545006;广西科技大学土木建筑工程学院,广西柳州545006;广西科技大学土木建筑工程学院,广西柳州 545006【正文语种】中文【中图分类】TU410 引言土工合成材料加筋土界面特性试验是研究筋土界面受力及变形规律的有效方法，其试验方法主要包括拉拔、直剪、斜板及扭剪试验。

对于拉拔试验因其可反映筋土双面剪切特性而被国内外学者广泛采用。

Sugimoto等[1]通过室内拉拔试验并结合有限元法研究了土工格栅拉拔变形性能，提供了一种从室内拉拔试验中获得实际结构加固设计界面参数的有效方法。

Hayashi等[2]研究了低水平正应力下土体膨胀对格栅筋土界面内正应力及抗拔力的影响。

单剪试验的细观模拟研究摘要：采用离散单元法的颗粒流理论，模拟了松砂和密砂的单剪固结排水试验，研究了单剪试验中砂土细观力学行为和细观组构的演化规律。

本文采用PFC2D实现了单剪试验的模拟，记录了实验中颗粒的分布图，接触力分布图，位移图等，同时也测得应力-应变关系，以及配位数等，并用origin软件将其绘制成图表。

分析了砂土变形过程中细观组构的变化，并对比分析了松砂、密砂在剪切过程中变形机制的区别。

最后阐述了剪切过程中应力主轴的旋转问题。

关键词：离散单元法单剪试验细观组构Abstract:We use the particles flow theory by discrete element method to simulate the single shear consolidated drained test with loose sand and dense sand. Then we discussed the sand micromechanics and the evolution of microfabric in the simple shear test.In this essay,we use PFC2D to achieve a single shear test simulation,and record the distribution of particles,the contact force distribution and displacement in the experiment.Also we measured the stress-strain relations and the coordination number,etc.and draw them with origin software.Then we analyze the change of microfabric during the deformation of sand and the difference between the loose sand and dense sand comparatively.At last,we describe the rotation of stress axes during the shear.Keyword:discrete element method;simple shear test;microfabric我们经常通过土单元试验，来研究土体的承载，破坏机理，分析土的强度参数等。

管涌现象细观机理的模型试验与颗粒流数值模拟研究一、本文概述管涌现象，作为一种在土壤或岩石介质中常见的流动现象，对于理解地下水流、土壤侵蚀、地质工程稳定性等问题具有重要意义。

近年来，随着计算机科学和数值方法的快速发展，对管涌现象的细观机理进行模型试验和颗粒流数值模拟研究逐渐成为研究热点。

本文旨在通过系统的模型试验和颗粒流数值模拟，深入探讨管涌现象的细观机理，以期为相关领域的研究和实践提供新的视角和工具。

本文首先通过文献综述，回顾了管涌现象的研究历程和现状，总结了目前研究中存在的问题和挑战。

在此基础上，设计了一系列模型试验，以模拟不同条件下的管涌过程，观察和分析管涌现象的发生、发展过程以及影响因素。

同时，利用颗粒流数值模拟方法，建立管涌现象的数值模型，对管涌过程中的颗粒运动和流动行为进行深入分析。

本文的研究内容主要包括以下几个方面：一是设计并开展管涌现象的模型试验，包括试验装置的设计、试验材料的选取、试验过程的控制等；二是利用高速摄像和图像处理技术，对模型试验中的管涌过程进行定量和定性分析，揭示管涌现象的细观机理；三是建立管涌现象的颗粒流数值模拟模型，通过模拟不同条件下的管涌过程，验证模型的准确性和可靠性；四是对比分析模型试验和数值模拟的结果，深入讨论管涌现象的影响因素和发生机制，提出相关理论假设和模型修正建议。

本文的研究成果将为深入理解管涌现象的细观机理提供新的方法和视角，有助于推动相关领域的研究进展和实践应用。

本文的研究方法和技术手段也可为其他类似问题的研究提供借鉴和参考。

二、管涌现象概述管涌是土壤或岩石介质在渗流作用下的一种特殊现象，主要发生在松散介质中，如砂土、砾石层等。

当渗流速度超过某一临界值时，介质中的细小颗粒会被渗流携带走，形成管涌通道。

这些通道会逐渐扩大，并可能连接成网络，严重威胁到工程的安全。

管涌现象的发生通常伴随着一系列复杂的物理化学过程，包括颗粒间的应力变化、孔隙水压力的分布与变化、颗粒间的摩擦和碰撞等。

岩土工程中砂土剪切强度的研究岩土工程是一门交叉学科，涉及到土力学、岩石力学、结构力学等多个领域，也是建筑工程中一个重要的分支学科。

其中，砂土的力学性质在岩土工程中占据了重要的位置。

砂土是一种由粒径较大的砂状颗粒构成的土体，在建筑工程和土木工程中广泛使用。

砂土剪切强度是砂土的重要性质之一，是砂土受到剪切力时抵抗破坏的能力。

本文将探讨砂土剪切强度的研究。

第一部分：砂土剪切强度的定义和试验方法砂土剪切强度是指在砂土内部形成一定的剪切力时，砂土抵抗破坏的能力。

砂土的剪切强度与土体特性、孔隙结构、水分含量、粒径和粒形等有关。

剪切强度的大小与剪切应力成正比，与单位面积上所施加的剪切应力即剪切应力强度有关。

确定砂土剪切强度的试验方法根据不同目的和应用场合分为很多种，最常用的试验方法包括直剪试验、三轴剪切试验、动态剪切试验等。

直剪试验是最基本的砂土剪切强度试验方法。

试件为大小适中的正方形，通过试验仪器在试样上施加上下两个方向的载荷，使试样发生剪切破坏。

三轴剪切试验是模拟实际工程中复杂应力条件下的砂土变形和破坏的试验方法之一。

通过试验仪器在试样上施加径向应力和周向应力，以模拟实际工程条件下普遍出现的冻胀、沉降和地震等。

动态剪切试验是模拟砂土在地震等动态荷载下的破坏而开发的试验方法。

通过高强度的动态载荷施加到试样上，以模拟砂土在地震等动态荷载下的破坏过程。

第二部分：影响砂土剪切强度的因素砂土剪切强度的大小与很多因素有关，包括土体特性、孔隙结构、水分含量、粒径和粒形等。

1. 土体特性砂土剪切强度受土体特性的影响比较大。

砂土的类型、密度和振实度等因素都会对砂土的剪切强度产生影响。

密度越大、振实度越高、砂土颗粒之间的颗粒接触数越多，剪切强度就越高。

2. 孔隙结构孔隙结构是影响砂土剪切强度的主要因素之一。

砂土中的孔隙结构决定了砂土的压缩性和变形能力。

孔隙结构与砂土的密度和振实度有关。

当砂土的密度和振实度增大时，孔隙结构也会变得更加精细，从而使得砂土受到的剪切应力更加均匀，剪切强度也会提高。

颗粒流软件 PFC及其在岩土工程中的应用摘要：PFC在岩土工程中的应用证明了PFC在模拟非连续岩体力学性能方面的应用，PFC不仅能够解决岩石的静、动力问题，还可以替代室内实验，也可以对模型的结果进行仿真，甚至可以在原始数据较为详尽的条件下进行仿真。

在缺乏实际测量数据的前提下，对岩土工程的初始应力、不连续性等问题的分析，可以利用PFC方法，对系统的一些参数特征进行分析，便于对系统的建模。

PFC还可以模拟粒子之间的相互作用、大变形和断裂等问题，PFC具有很大的应用前景。

关键词：岩土工程；颗粒流；PFC软件；工程应用1.引言颗粒材料广泛存在于生产生活中，其在不同条件下会表现出不同的相态。

颗粒材料力学特性的研究一般分为室内物理实验和数值模拟两个方面，其中离散元法作为数值模拟方法的代表之一，由于可以直接考虑颗粒运动与接触等物理本质特性而被广泛采用。

影响颗粒材料力学性质的因素有很多，如初始密实度、初始接触各向异性、加载历史和加载路径、颗粒间接触特性以及颗粒形状等。

由于颗粒材料的离散性，颗粒形状对其力学特性的影响显得尤为重要。

他是基于连续媒质理论的数值计算方法，其计算结果与实际情况有很大差别，PFC可以很好地解决这一问题。

本文对PFC软件的理论和特性进行了分析，对PFC与常规数值软件仿真的相似性进行了分析，总结了PFC在岩土本构模型、地质灾害分析、基坑及基础处理等方面的应用，并对PFC在岩土工程中的应用进行了探讨。

并指出了当前PFC软件在岩土工程中的应用和发展趋势。

2.颗粒流软件PFC概述PFC方法既可直接模拟圆形颗粒的运动与相互作用问题，也可以通过两个或多个颗粒与其直接相邻的颗粒连接形成任意形状的组合体来模拟块体结构问题。

PFC中颗粒单元的直径可以是一定的，也可按高斯分布规律分布，单元生成器根据所描述的单元分布规律自动进行统计并生成单元。

通过调整颗粒单元直径，可以调节孔隙率，通过定义可以有效地模拟岩体中节理等弱面。

砂土液化及其判别的微观机理研究一、本文概述《砂土液化及其判别的微观机理研究》这篇文章旨在深入探讨砂土液化的微观机理，以及如何通过微观机理的分析来判别砂土液化的可能性。

砂土液化是一种在地震等动力荷载作用下，砂土颗粒间的有效应力降低或完全丧失，导致砂土呈现液态化的现象。

这种现象对土木工程结构，特别是桥梁、堤坝、地下管线等基础设施的安全构成了严重威胁。

因此，对砂土液化的微观机理及其判别方法的研究具有重要的理论价值和工程实践意义。

本文首先介绍了砂土液化的基本概念、产生条件及其对工程结构的影响，然后从微观角度出发，分析了砂土颗粒间的相互作用、应力传递机制以及液化过程中颗粒间的动态变化。

在此基础上，本文提出了基于微观机理的砂土液化判别方法，包括利用颗粒尺寸、形状、排列方式等微观参数来预测砂土液化的可能性。

本文的研究方法包括理论分析、室内试验和数值模拟。

通过室内试验，模拟了地震等动力荷载作用下的砂土液化过程，观察了砂土颗粒间的动态变化，验证了理论分析的正确性。

数值模拟则进一步揭示了砂土液化过程中微观参数的变化规律，为砂土液化的判别提供了依据。

本文的研究成果不仅有助于深入理解砂土液化的微观机理，也为砂土液化的判别提供了新的思路和方法。

本文的研究对于提高土木工程结构的安全性和稳定性，具有重要的工程实践价值。

二、砂土液化的微观机理砂土液化是指在地震、波动或其他动力荷载作用下，原本固态的砂土颗粒失去其稳定性，表现出类似液态的行为。

这一过程涉及到砂土颗粒间的相互作用、颗粒排列、孔隙水压力变化以及应力传递等复杂的微观机理。

砂土由大小相近的颗粒组成，颗粒间通过接触点传递力。

在静态或低应力状态下，颗粒间主要通过摩擦力维持稳定。

然而，在强烈的动力作用下，颗粒间的摩擦力可能不足以抵抗外部荷载，导致颗粒间的相对位移增大，砂土的整体稳定性降低。

颗粒的排列方式也直接影响砂土的力学性质。

紧密的颗粒排列能够提供更好的应力传递路径，而松散的排列则容易在动力作用下发生变形。

砂土流动液化全过程的固-液相变演化机理及其数值
模拟
砂土流动液化是一种在地震或其他振动作用下，砂土中的颗粒失去接触力而形成流体化的行为。

砂土流动液化的全过程可以分为原始相变、进一步液化和稳定相变三个阶段。

在原始相变阶段，由于地震或振动的作用，颗粒之间的摩擦力减小，颗粒开始失去接触力并形成颗粒间的空隙。

这导致砂土体积升高，体积密度降低，固液两相开始分离。

在进一步液化阶段，随着颗粒间空隙的增加，砂土开始流动化，并且体积继续增大。

颗粒间的液化能力逐渐增强，流动化的速度也逐渐加快。

在稳定相变阶段，当砂土的液化能力达到最大值时，流动化速度达到最大值，在此时稳定相变开始。

颗粒间的液化能力逐渐减弱，颗粒受到重力的作用逐渐重新接触并形成固态结构。

数值模拟是研究砂土流动液化机理的一种重要方法。

通过建立砂土的物理模型和力学模型，可以通过数值方法模拟砂土颗粒和液相之间的相互作用过程。

常用的数值模拟方法有离散元法(DEM) 和流体力学方法(CFD)。

离散元法能够模拟单个颗粒的运动和相互作用，可以揭示颗粒间的力学行为。

流
体力学方法可以模拟液相的流动行为，通过求解连续介质的动力学方程和流体的运动方程，可以得到砂土颗粒和液相之间的相互作用。

通过数值模拟，可以研究砂土流动液化的微观机理和宏观行为，揭示砂土颗粒排列和流动的规律，预测液化的发生时机和范围，为液化灾害的预防和控制提供理论依据。

此外，对于砂土流动液化的数值模拟研究还需要考虑多物理场的耦合效应，如颗粒间的接触力、湿度变化等因素。

砂土流动液化全过程的固-液相变演化机理及其数值模拟砂土流动液化是指在一定的地震荷载作用下，砂土失去其承载力，产生液化现象，出现流动状态的过程。

砂土流动液化不仅会导致建筑物和基础设施的破坏，还可能引发土体坍塌、地面沉降甚至引发次生灾害。

因此，深入研究砂土流动液化的固-液相变演化机理及其数值模拟对于地震灾害防治具有重要意义。

固-液相变演化机理主要包括横向流动、加速流动和侧向扩散三个阶段。

在砂土受到地震荷载时，由于承载力降低，排水能力减弱，颗粒之间的排拒力逐渐失效，引起土体内部的颗粒重新分布。

首先是横向流动阶段，即砂土开始流动并形成液化带。

接着是加速流动阶段，液化带的长度和宽度逐渐增大，流动速度也逐渐增加。

最后是侧向扩散阶段，液化带扩展到地表，形成相当于液态的土体。

固-液相变演化的机理可以通过数值模拟来研究。

数值模拟主要基于相关的流体-固体耦合理论和理论模型，并结合适当的实验数据进行参数校正。

数值模拟通常采用有限元或离散元方法，将土体分割为许多小单元，在每个单元中通过求解力平衡和流体运动方程来模拟土体的固-液相变过程。

数值模拟中需要考虑的因素包括土体的物理性质、地震荷载、排水条件、边界条件等。

土体的物理性质包括颗粒大小、密度、孔隙比等，这些参数对于土体的流动特性有重要影响。

地震荷载是指由于地震所产生的水平加速度，它是导致土体流动液化的主要因素。

排水条件则决定了土体的排水能力，直接影响到土体的液化特性。

边界条件则包括土体与结构物或地表之间的相互作用，是模拟中不可忽视的因素。

数值模拟的结果可以用来预测砂土流动液化的过程和规模，为工程设计和地震灾害防治提供依据。

通过模拟不同条件下的砂土流动液化过程，可以得到土体的应力变化、流动速度、液化带的形态等信息，帮助工程师评估土体的稳定性和安全性。

总之，砂土流动液化的固-液相变演化机理及其数值模拟是地震灾害防治研究中重要的内容。

只有深入了解土体的流动液化特性，并通过数值模拟进行预测和分析，才能制定出科学有效的工程设计和灾害防治措施，从而最大程度地减少地震灾害对人类和社会的伤害。

第36卷第6期2019年12月Vol.36,No.6December2019计算力学学报Chinese Jounml of Compubitioiml Meeh斸liesDOI：10.7511棷slx20180926001基于PFC3D的砂土直剪模拟及宏细观分析杨升，李晓庆灣（新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐830052）摘要：为能更好地分析砂土在剪切过程中的体积变化及力学行为，通过PFC3D颗粒流程序，按照室内实际级配建立数值试样，进行了不同垂直压力下的砂土直剪试验模拟，并将模拟结果与室内试验结果进行了对比；研究了砂土在剪切过程中的体积变化，并用两种方法分析了砂土剪切带的演变过程；从细观角度对试样颗粒的速度场及力链网络的发展变化进行了分析研究暎结果表明，数值模拟结果与室内试验结果基本一致，砂土的体积变化表现为先剪缩后剪胀，剪胀量与垂直压力成反比；剪切带厚度约为11〜12倍山o,在剪切带内颗粒的位移和欧拉角变化较大；试样内部强力链的演变较为明显，力链网络对外荷载变化的敏感性很高；剪切过程中上盒颗粒速度场方向的变化能够较好地解释砂土产生的剪胀现象暎关键词：直剪试验；数值模拟；颗粒流；离散元；剪切带中图分类号：TU411.7文献标志码：A文章编号：1007-4708（2019）060777071引言土体可以看成是由各向异性的散体颗粒聚集在一起的集合体，自提出土的微观结构概念以来，国内外许多学者对此进行了大量的试验与研究+暎其中，室内直剪试验由于其操作简便和应用范围广等特点，一直都是研究土体抗剪强度及力学性能的重要方法。

但是，室内试验只能通过宏观的角度来解释土体的抗剪强度，存在较大的局限性，并不能反映出土体剪切时微观方面的力学性质及颗粒间的接触关系。

而真正影响土体力学特性的是其内部复杂的细观结构，土体对外所表现出的各向异性、非均匀性以及离散性等特点，都与其内部细观结构的变化有着密切的联系［随］暎因此且如何从土的细观结构入手，将土颗粒的宏细观性质联系起来，更好地理解土的本构模型，是目前需要解决的重要问题。

标准砂直剪试验数值模拟研究孙康【摘要】By indoor direct shear tests ,we acquired quantitative results from different sides of standard sand structures .The increasing complexity of the test method and a growing number of structural elements compelled people to consider the mesoscopic structural elements in combination with the macro mechanical properties .Currently ,parameter analysis relies mainly on the numerical simulations of this method .The PFC (Particle Flow Code) is the commonly used simulation software .PFC takes the internal structure of the medium as the basic unit (particle and contact) and studies the mechanical characteristics and mechanics of the medium system's re‐sponse from the perspective of the media structure's mechanical behavior .This study discusses the influence of particle friction coefficient ,particle stiffness ,particle shape ,the porosity of sample to direct shear macroscopic mechanical behavior ,and compares the simulation results and labora‐tory soil test results .The resulting numerical model mainly recreates the direct shear test of standard sand .Results show that the PFC process simulation standard for the basic mechanical behavior of sand is feasible ,and the results provide reference for future numerical simulation ex‐periments for stan dard sand .%利用 PFC（Particle Flow Code）软件探讨颗粒摩擦系数、颗粒刚度、颗粒形状、试样孔隙率对直剪宏观力学行为的影响，并将模拟结果与室内土工试验结果对比，所得到的数值模型基本再现标准砂直剪试验。