土石混合体双轴压缩颗粒流模拟

土石混合体宏细观力学特性的离散元模拟研究土石混合体宏细观力学特性的离散元模拟研究摘要：土石混合体是岩土工程领域中一种广泛使用的材料，它的宏观力学特性受到很多因素的影响，包括粒径分布、颗粒形状、颗粒间摩擦、颗粒间粘结等。

为了研究土石混合体的宏细观力学特性，本文采用离散元模拟方法，对不同颗粒直径分布、颗粒形状、颗粒间摩擦和颗粒间粘结等因素对土石混合体力学性质的影响进行了研究。

通过模拟颗粒之间的相互作用，获得了土石混合体的应力-应变曲线、峰值强度、冲刷深度等宏观力学性质的变化规律。

研究结果表明，土石混合体的力学性质与颗粒形状、颗粒直径分布、颗粒间摩擦力和颗粒间粘结力等因素密切相关，这些因素的变化会影响土石混合体的强度和变形特性。

关键词：土石混合体；离散元模拟；宏观力学性质；颗粒形状；颗粒直径分布；颗粒间摩擦力；颗粒间粘结力。

1.引言土石混合体是一种由土壤和石块混合而成的材料，具有较高的抗剪性能和较好的排水性能，被广泛应用于堤坝、路基、边坡等岩土工程中。

土石混合体的宏观力学性质受到颗粒形状、颗粒直径分布、颗粒间摩擦力和颗粒间粘结力等因素的影响。

为了研究土石混合体的宏观力学特性，许多学者采用数值方法（如离散元法）进行研究。

通过数值方法模拟土石混合体内部的颗粒运动、相互作用及其对宏观力学性质的影响，可以深入了解土石混合体的力学特性，有助于指导工程实践和科学研究。

2.离散元模拟方法离散元法（Discrete Element Method，DEM）是一种计算材料力学特性的数值方法，原理是将各微观粒子之间的相互作用转化为控制方程，通过求解该方程组，研究各粒子的动力学状态和变形情况，从而获得材料的宏观性能。

基于离散元法的模拟程序中，每个微粒代表岩土颗粒，通过计算粒子之间的相互作用力以及粒子与外部约束之间的作用力，模拟岩土颗粒在复杂荷载或位移加载下的运动状态和最终稳定状态，进而探讨材料的力学特性。

3.模拟分析本文采用离散元模拟方法，模拟土石混合体的宏观力学特性，并通过控制不同颗粒直径分布、颗粒形状、颗粒间摩擦和颗粒间粘结等因素的变化，探究这些因素对土石混合体力学性质的影响。

第30卷第10期岩石力学与工程学报V ol.30 No.10 2011年10月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2011颗粒形状对类砂土力学性质影响的颗粒流模拟孔亮1，2，彭仁2(1. 青岛理工大学理学院，山东青岛 266033；2. 宁夏大学物理与电气信息学院，宁夏银川 750021)摘要：通过颗粒流软件PFC2D中的clump命令，生成4种不同外轮廓特征的颗粒组，并结合颗粒材料变形机制，定义构建基于颗粒圆度与凹凸度的形状系数。

用形状系数与粒间摩擦因数分别反映颗粒的外轮廓特征和表面粗糙度。

用PFC2D模拟颗粒堆积试验、双轴试验和直剪试验，探讨颗粒形状对类砂土材料宏观力学特性的影响。

试验结果表明：在颗粒堆积试验中，颗粒外轮廓的不规则以及颗粒间摩擦因数的增大会导致自然休止角和天然孔隙率增大；在双轴试验中，材料的峰值强度与形状系数的变化规律可用线性函数很好地进行拟合，内摩擦角随形状系数的减小而增大；在直剪试验中，材料的抗剪强度有随形状系数的减小而增大的趋势，颗粒形状的不规则还导致强力传递链数目的减少和速度场分布的不均匀。

关键词：土力学；颗粒形状；类砂土；微观参数；形状系数中图分类号：TU 44 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)10–2112–08 PARTICLE FLOW SIMULATION OF INFLUENCE OF PARTICLE SHAPE ON MECHANICAL PROPERTIES OF QUASI-SANDSKONG Liang1，2，PENG Ren2(1. School of Science，Qingdao Technological University，Qingdao，Shandong266033，China；2. School of Physics Electrical Information Engineering，Ningxia University，Yinchuan，Ningxia750021，China)Abstract：Four particle groups with different outlines are generated by the command of clump in PFC2D. Combining with deformation mechanism of granular materials，a shape coefficient is defined based on roundness and unevenness. The shape coefficient and friction coefficient are used to reflect the characteristics of particle outline and surface roughness respectively. The particle stacking test，biaxial test and direct shear test have been simulated with PFC2D，and how the shape of the particles affect the macro-mechanical properties of granular materials has been discussed. The results show that particle shape plays an important role in the macro-mechanical properties of these tests. In the particle stacking test，the natural angle of repose and natural porosity increases with the irregular outline of particles and the friction coefficient between particles. In the biaxial test，peak strength and shape coefficient can be fitted with linear functions well，and the internal friction angle increases with the decrease of shape coefficient. In the direct shear test，the shear strength of materials increases with the decrease of shape coefficient；the irregularity of particle shape also results in the decrease of strong force chain and the inhomogeneity of velocity field.Key words：soil mechanics；particle shape；quasi-sands；microscopic parameters；shape coefficient收稿日期：2011–05–18；修回日期：2011–06–21基金项目：国家自然科学基金资助项目(50979037，51008166)；山东省自然科学杰出青年基金资助项目(JQ201017)作者简介：孔亮(1969–)，男，博士，1991年毕业于西北农业大学农业工程专业，现任教授，主要从事岩土力学与城市地下工程方面的教学与研究工作。

《魏曼！！篇星第２章砂土的稳态强度试验研究三轴仪主要由主机、轴向力测量系统、轴向变形测量系统、轴向控制系统、围压控制系统、反压控制系统、孔隙水压力测量系统、计算机系统等几部分组成，其中轴向力测量、轴向变形测量、轴向控制等单元都装在一个控制箱内，而主机由围压室、轴向加载系统构成，另外围压控制系统及反压控制系统分别连接两个体积控制器。

该仪器最突出的优点就是它的加载及压力控制系统．通过调整上帽及底座的压力，可对土体施加压缩或拉伸荷载。

通过使用计算机控制系统，该设备可自动完成如下操作：（１）反压饱和／测量Ｂ值（２）各向同性固结（３）单调加载试验（４）循环加载试验（５）动态加载试验（６）Ｋｏ固结（７）应力路径试验以上所有试验都可以由应变控制或应力控制完成。

试验机配置的计算机系统，所有操作步骤均由计算机进行控制，同时计算机自动对试验数据进行采集和处理，试验曲线可同步在显示器上显示，便于及时发现问题。

试样直径可分别选用３￥ｍｍ、７５ｒａｍ、１００ｍｍ三种类型。

本试验采用的是直图２．２英国ＧＤＳ土体多功能三轴试验仪Ｆｉｇ．２．２ＧＤＳｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔａｐｇａｍｓｔｕｓ１９！塞蜜怒！：妻罴第２鬻骖±豹稳悫强度试验研究径为３８ｍｍ，黼度为７６ｍｍ的试样。

２．１．２三皴辫切试验原理格瑶场取潮来得蟊柱髂瓣主（蒙敬榉）套在橡皮壤游或者在橡皮骥露装±成样（重塑样），放在密封的压力室中。

橡皮膜下端用橡皮嘲固定在底座上，上端同样用橡皮圈嗣定在试撑楼上，爱试撵内戆魏骧承与压力室内驰水完全隔开。

安装完成的试样如黼２．３所示。

张燎水通过试群下端懿逶窳石与魏隙水压力量测系统连通，绒者通过上端透水石与摊水管连通。

然露角压力黧内施加压力ｆ瘩压或气臌），使试件备向受到周嗣搓力以，压力在整个瓣续过覆孛操持不变，这时试件内各向的三个主图＂试簸用试样威力都相等，媳种情况为Ｆｉｇ·２·３Ｓａｍｐｌｅｆｏｒｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔ等向固结，整个圈结过程笼编痊力＜赘藏秀）产垒。

大理岩三轴压缩试验的颗粒流模拟
姚涛;任伟;阙坤生;王运栋
【期刊名称】《土工基础》
【年(卷),期】2012(26)2
【摘要】进行了大理岩在不同围压下的三轴压缩颗粒流模拟,通过试验对比分析,发现经由颗粒流单轴压缩试验模拟得到的微观参数可以较好地应用到三轴压缩试验模拟中;颗粒流程序可以较好地模拟大理岩在单轴、三轴压缩试验中的强度变形特性,得到的强度参数与试验值差距较小,但弹性模量无法反映实际试验中的变化过程,泊松比存在较大差距。

【总页数】4页(P70-73)
【关键词】颗粒流;单轴;三轴;强度;变形
【作者】姚涛;任伟;阙坤生;王运栋
【作者单位】住房和城乡建设部标准定额研究所;中科院武汉岩土力学研究所;浙江省电力设计院;中冶南方工程技术有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU458
【相关文献】
1.花岗岩三轴压缩颗粒流模拟研究初探 [J], 刘军;刘俊新;龙志伟;陈西磊
2.土石混合体单轴压缩试验的三维颗粒流数值模拟 [J], 金磊;曾亚武;叶阳
3.粗粒土三轴压缩试验的颗粒流模拟 [J], 王波
4.灰岩三轴试验颗粒流模拟和能量变化特征研究 [J], 祝凯;胡斌;寇天;李俊;王新刚
5.含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟 [J], 王浩然;王志亮;王星辰
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第27卷 增1岩石力学与工程学报 V ol.27 Supp.12008年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2008收稿日期：2007–01–03；修回日期：2007–03–12作者简介：吴 剑(1973–)，男，博士，1995年毕业于武汉水利电力大学农田水利系，现任讲师，主要从事岩石力学试验方面的教学与研究工作。

E-mail ：wujian73@高速剪切条件下土的颗粒流模拟吴 剑1，2，冯夏庭1(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；2. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002)摘要：以高速环剪仪试验为原型，利用颗粒流模拟程序PFC 建立无黏性土的环剪模型，进行在高速剪切条件下的环剪试验。

通过将模拟试验结果与高速环剪仪所作砂土剪切试验结果进行对比，模拟试验和高速环剪试验试样的不均匀系数分别为1.64和1.45，2个试验的应力变化趋势相近，应力水平接近，模拟结果所反映的应力变化与物理试验的一致。

模拟试验中代表土颗粒的球单元之间的接触模型采用的是线性接触模型，适合模拟无黏性土。

模拟试验中发现剪切边界对剪切带的形成影响较大，对比墙、球环和球环+齿状结构3种剪切边界的剪切效果发展，球环+齿状结构的剪切边界可以保证剪切试样内外剪切速率的一致性。

关键词：土力学；颗粒流；高速剪切；模拟试验；环剪中图分类号：TU 43 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增1–3064–06PARTICLE FLOW SIMULATION OF SOIL UNDER HIGH-SPEED SHEARWU Jian 1，2，FENG Xiating 1(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering ，Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan ，Hubei 430071，China ；2. Key Laboratory of Geological Hazards for Three gorges Reservoir Area ，Ministry ofEducation ，China Three Gorges University ，Yichang ，Hubei 443002，China )Abstract ：A particle flow model of ring-shear test is constructed by the PFC(particle flow code) in which the soil particles are cohesiveless. Compared the result of simulation test with high-speed ring-shear test ，the stress changing tendency of the two tests is similar ；the levels of stress are close. The uniformity coefficient of the sand sample in ring-shear test is 1.64 and the particle sample in PFC model is 1.45. The linear contact model among balls is adopted in the simulation test ，so the test result is suitable for the cohesiveless soil. The shear boundary can make different kinds of shear zones ，so three kinds of boundaries are tested ，which are wall ，ball-circle and ball- circle and teeth boundary. And the ball-circle and teeth boundary is the one that can make shear zone well proportioned. Key words ：soil mechanics ；particle flow ；high-speed shear ；simulation test ；ring-shear1 引 言经典土力学是建立在连续性假设条件基础上的，这在研究稳定状态下土体结构(如边坡、基础等)的受力和变形情况下是适宜并且有效率的。

基于不规则颗粒离散元的土石混合体三维随机模型及其数值试验金磊;曾亚武;叶阳;夏磊【期刊名称】《长江科学院院报》【年(卷),期】2016(033)005【摘要】为了更加真实地模拟土石混合体的物理力学特性,提出了一种基于不规则块石球度和凹凸度的随机几何模型生成技术,并建立了相应的块石三维离散元模型.然后采用无底圆筒堆积试验对球度和凹凸度这2个块石几何模型控制参数进行了数值验证.最后建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维离散元随机模型,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流模拟,并与室内试验结果进行对比分析.结果表明:所提出的不规则块石几何模型随机生成方法简单实用,几何模型控制参数合理有效;通过选取合适的颗粒细观参数,建立基于随机不规则块石体的土石混合体数值模型,能很好地模拟土石混合体的物理力学性质,包括颗粒之间的细观接触特征、土石混合体的应力-应变关系特征等,为进一步研究土石混合体的变形破坏机理提供了一条有效的途径.【总页数】8页(P94-101)【作者】金磊;曾亚武;叶阳;夏磊【作者单位】武汉大学土木建筑工程学院,武汉430072;武汉大学土木建筑工程学院,武汉430072;武汉大学土木建筑工程学院,武汉430072;武汉大学土木建筑工程学院,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TU44【相关文献】1.土石混合体单轴压缩试验的三维颗粒流数值模拟 [J], 金磊;曾亚武;叶阳2.土石混合体随机结构模型生成与直剪强度数值试验研究 [J], 罗伟;王优;张帅浩;程肖;黄姗;荣耀3.基于蒙特卡洛随机采样的土石混合体数值模型构建方法 [J], 刘晓华; 韦彬; 唐皓; 戴智颖4.三维离散元土石混合体随机计算模型及单向加载试验数值模拟 [J], 李世海;汪远年5.基于黏结颗粒模型某滑坡土石混合体直剪试验数值模拟 [J], 周剑;张路青;戴福初;闵弘因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

双轴水泥搅拌桩加固软土强度参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述概述部分旨在介绍本篇文章的主要内容和研究背景。

双轴水泥搅拌桩作为一种广泛应用于软土地基加固的技术，对软土的强度参数具有显著的影响。

本文将重点探讨双轴水泥搅拌桩对软土强度参数的影响，并对其加固效果进行分析和总结。

在现代土木工程中，由于城市化进程不断推进，土地资源日益紧张，土地复杂地质条件下的建设需求逐渐增加。

然而，软土地基作为一种常见的土地类型，由于其含水量高、孔隙结构复杂、强度低等特点，极易引发地基沉降、滑动、液化等地质灾害，严重限制了土木工程的可持续发展。

为了克服软土地基的这些问题，人们开展了大量的研究，并提出了各种加固措施。

双轴水泥搅拌桩作为一种有效的软土地基加固技术，已经在实际工程中得到了广泛应用。

该技术通过在软土中混合搅拌水泥、岩屑和骨料等材料，形成一定直径和长度的桩体，从而改善软土地基的力学性能。

与传统的桩基加固技术相比，双轴水泥搅拌桩具有施工周期短、造价低廉、环境友好等优点，因此备受工程师和研究人员的关注。

本文将重点研究双轴水泥搅拌桩对软土强度参数的影响。

软土强度参数是衡量软土力学特性的重要指标，包括黏聚力、内摩擦角、剪切模量等。

通过系统的试验研究和数值模拟分析，我们将探讨双轴水泥搅拌桩在改善软土强度参数方面的效果，并分析其影响因素和机理。

最后，本文将总结双轴水泥搅拌桩加固软土强度参数的研究成果，并展望未来的研究方向。

通过深入研究双轴水泥搅拌桩技术在软土加固中的应用，我们有望为软土地基的工程实践提供更加科学、有效的解决方案，进一步推动土木工程领域的发展。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分简要介绍了整篇文章的组织结构，以帮助读者更好地理解文章的内容和思路。

本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分用于介绍双轴水泥搅拌桩加固软土强度参数的研究背景和意义。

首先，需要概述当前软土加固技术的现状和存在的问题，引出双轴水泥搅拌桩的应用。

土石混合体结构性的二维颗粒力学研究目的：本研究针对岩土工程中土石混合体结构性进行探讨，研究重点是岩土的颗粒组成及颗粒组成对其结构性影响。

以长石、角闪石为主要组成颗粒的填土的二维颗粒力学特性研究为主要研究对象，建立模型并进行分析。

主要内容包括：①通过对比填土中三种典型组成颗粒的颗粒形状、分布规律及其大小，揭示填土结构性产生的物理原因；②建立不同组成颗粒填土力学模型，分析填土力学模型参数对填土结构性的影响；③基于级配理论建立计算模型，考虑填土颗粒孔隙率的变化，分析不同空隙率下土体结构性对其力学特性的影响。

方法：在改良Reid-Mead粘性土单元的基础上，基于二维颗粒力学和级配理论，利用系统动力学法对土的颗粒组成进行研究。

考虑不同组成颗粒后，采用单一应力路径进行模拟，最后将两种分析方法进行对比，得出填土的结构性机理。

结论：①由于级配不均匀导致了应力场在有效应力路径上分布不均，从而引起填土各层颗粒应力状态不同，从而影响填土结构性。

填土结构性好坏取决于级配的均匀程度。

②不同组成颗粒引起填土力学模型各参数的变化，从而导致填土结构性的改变。

填土力学模型参数可作为填土结构性的控制条件，对结构性较好的填土进行优化设计。

③通过对颗粒模型本构关系的推导和对岩土力学模型进行计算得出其极限承载力如表1所示。

表1三种组成颗粒填土力学模型极限承载力比较填土颗粒填土力学模型最大承载力有效应力路径数值有效应力路径数值由表可知，无论是颗粒形状还是分布规律，填土中长石与角闪石所占的比例越大，填土强度越高。

随着颗粒含量的增加，填土强度降低。

但无论是何种情况，都会使填土的力学模型参数发生改变，而这些参数对填土的强度和变形性能都具有重要的控制作用。

通过本次研究，旨在从宏观上解释填土的结构性，提供填土结构设计指标，对未来相关领域的研究有一定意义。

表2表明不同粒径填土的极限承载力随着填土颗粒级配的变化趋势相似。

一般来说，当填土中长石、角闪石含量高时，填土强度也较高。