交通荷载作用下砂土力学性质的颗粒流模拟

梯度坡面流动场内沙土颗粒运动规律仿真建模梯度坡面流动场内沙土颗粒运动规律是土壤力学领域的重要研究内容之一。

通过建立数学模型和进行仿真分析，可以深入理解梯度坡面流动场内沙土颗粒的运动机制和相互作用规律。

本文将从模型建立、仿真参数设定、仿真结果分析等方面进行探讨。

一、模型建立梯度坡面流动场内沙土颗粒运动规律的仿真模型可以基于离散元法进行建立。

离散元法是一种力学数值模拟方法，广泛应用于颗粒介质力学问题的研究。

在建立模型时，需要考虑以下几个关键因素：1. 颗粒初始位置和形状：根据实际情况和实验数据确定颗粒的初始位置和形状。

可以选择使用球体或多面体等简化模型来表示沙土颗粒。

2. 土壤粒径分布：梯度坡面的土壤颗粒大小在垂直和水平方向上会存在一定的变化。

通过分析实验数据，确定土壤颗粒粒径的分布规律，可以在模型中准确表达土壤颗粒的大小范围。

3. 土壤物理力学参数：沙土颗粒的运动受到多种力学因素的影响，如重力、摩擦力、表面张力等。

根据实验数据或文献资料，确定所研究土壤的物理力学参数值，包括颗粒密度、内摩擦角、黏聚力等。

二、仿真参数设定在进行梯度坡面流动场内沙土颗粒运动规律的仿真建模时，需要设定一系列的仿真参数，以确定模型的运行方式和精度。

以下是几个常见的仿真参数：1. 时间步长：时间步长决定了仿真过程中的时间分辨率，过小会增加计算量，过大会导致精度损失。

根据所研究问题的时间尺度确定合适的时间步长。

2. 空间网格：仿真模型通常采用离散网格来表示颗粒的位置和变形。

空间网格的划分对模拟结果的准确性有重要影响，需要根据研究问题的尺度和颗粒形状进行合理选择。

3. 边界条件：仿真模型需要设定合适的边界条件，包括颗粒与壁面的摩擦力、颗粒与颗粒之间的相互作用力等。

根据实际问题进行边界条件的设定，尽可能接近真实情况。

三、仿真结果分析通过对梯度坡面流动场内沙土颗粒运动规律的仿真建模，可以获得丰富的仿真结果数据，进而对颗粒的运动机制和相互作用规律进行深入分析。

扩径桩抗压性能的颗粒流数值模拟柴 浩 郑 刚(天津大学土木工程系 天津 300072)尹金凤(天津市建筑科学研究院 天津 300193)摘 要:采用二维颗粒流分析程序对扩径桩抗压试验进行数值模拟分析,并与现场试验结果进行对比。

应用PFC 2D 程序,研究扩径桩在试验过程中时步-位移曲线、桩土颗粒排列变化及颗粒位移的变化。

通过不同受荷阶段桩土细观力学特征的对比分析,得出桩在下压达极限荷载时的破坏性状。

绘制桩在受荷过程中的荷载-位移曲线,并与实测值进行对比分析。

关键词:颗粒流 数值模拟 扩径桩 下压荷载PARTIC LE FLOW CODE NUMERICAL SIMULATION OF PILEWITH EXPA NDED DIAMETERUNDER C OMPRESSIVE LOADChai Hao Zheng Gang(Department of Civil Engineering,Tianjin University T ianjin 300072)Yin Jinfeng(Tianjin Academy of Building Research Tianjin 300193)Abstract :Based on the theory of Particle Flow Code in 2Dimensions (PFC 2D ),a pile with expanded diameter that is compressed is studied,and is compared with the results of actual pile ing PFC 2D ,the ti me step -displacement curve,the change of particle positi on and the displacement of particles are studied.Through the comparison of micro -mechanical properties of pile and soil during loading,the failure behavior of pile whose ultimate load is reached is also ob tained.The relati ons between load and di splacemen t are si mulated and compared with the results of actual pile tests.Keywords :particle flow code nu merical simulation pile with expanded diameter compressive load第一作者:柴 浩 男 1982年1月出生 硕士研究生E-mail:caihiaoyige@收稿日期:2006-10-231 现场试验天津市音乐厅地下广场共有三层,采用全盖逆施法施工,地下室深度为14m,占地面积13368m 2,建筑面积31713m 2,挖土方量18万m 3。

砂卵石地层隧道开挖过程中上覆土体应力变化的颗粒流模拟研究蒋宇卓;曹鹏;喻豪俊;刘恩龙【期刊名称】《隧道建设》【年(卷),期】2017(037)0z2【摘要】为研究砂卵石隧道开挖过程中洞顶上覆土体的应力变化规律,以某市轨道交通1号线砂卵石地层中地铁隧道开挖为研究背景,采用PFC2D颗粒流程序,建立隧道-土体颗粒流模型,对台阶法隧道开挖全过程引起的洞顶上覆土层的应力扰动规律进行细观数值模拟研究.研究结果表明:1)开挖初期,隧道上覆土层的应力扰动作用明显,上覆土体有一个明显的应力重新分配到再平衡过程;2)环形开挖对洞顶上覆土层产生的应力扰动最为明显;3)开挖对竖向应力产生的扰动作用强于水平应力.本文研究结果与实际工程较为吻合,分析结果可为今后砂粒卵石地层隧道施工提供指导.【总页数】6页(P141-146)【作者】蒋宇卓;曹鹏;喻豪俊;刘恩龙【作者单位】四川大学-香港理工大学灾后重建与管理学院,四川成都 610207;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都 610065;国家山区公路工程技术研究中心,重庆 400000;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400000;国家山区公路工程技术研究中心,重庆 400000;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆 400000;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都 610065;四川大学-香港理工大学灾后重建与管理学院,四川成都 610207;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都 610065;国家山区公路工程技术研究中心,重庆 400000;招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400000【正文语种】中文【中图分类】U45【相关文献】1.砂卵石地层隧道开挖过程中上覆土体应力变化的颗粒流模拟研究 [J], 蒋宇卓;曹鹏;喻豪俊;刘恩龙;;;;;;;;2.砂土地层中隧道施工引起土层沉降的颗粒流模拟研究 [J], 王正兴;施焱3.砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究 [J], 江华;张晋勋;苏艺;江玉生;杨志勇4.砂卵石地层台阶法施工隧道围岩-支护结构应力应变特性三维离散元分析 [J], 赵汝亮; 姚红志; 何彪; 郭华伟; 叶飞5.成都富水砂卵石地层土体颗粒级配特性与强度分析 [J], 张延杰;龚晓南因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

级配碎石shakedown行为的颗粒流数值模拟级配碎石材料物理力学特性复杂，采用连续介质力学理论和室内试验方法很难从本质上揭示其动态特性，因此，论文开展基于颗粒流理论的级配碎石动三轴数值试验方法及其应用研究，具有重要的理论意义。

论文基于PFC^2D构建了级配碎石动三轴数值试验方法，分析了试验条件和微力学参数对模拟结果的影响规律，提出了数值试验标准试验条件和微力学参数标定方法，并分析了其细观机制，通过对比模拟结果与室内实测结果，证明数值试验方法是可靠的；采用数值试验方法模拟了级配碎石shakedown塑性变形行为，研究了级配碎石塑性变形安定上限及临界破坏应力，并建立了级配碎石塑性变形累积破坏方程；基于shakedown塑性变形行为研究了级配碎石抗剪强度结构系数和轴载换算方法；分析了设级配碎石过渡层半刚性沥青路面力学响应，研究了控制塑性变形累积破坏的强度标准；最后，基于临界破坏应力优化研究了碎石级配。

基于颗粒流程序的ATB－30下面层细观响应吴平【摘要】采用颗粒流程序建立了 ATB －30下面层细观模型，模拟了施工时车辆荷载作用下 ATB －30下面层的受力特性，追踪了标准轴载作用下 ATB －30颗粒间接触力的演化及不同位置处颗粒的位移，比较了 ATB －30与 AC －20颗粒间接触力细观响应的差异．结果表明：颗粒间接触力的大小、延伸方向各异，较大的接触力出现在大颗粒间，施加荷载前颗粒间最大接触力为7．051×104 N；荷载作用后最大接触力为1．393×105 N，与未施加荷载相比增加约1．98倍，在轮胎下方接触力分布较密集，接触力较大；沿竖直方向颗粒位移逐渐减小，且轮隙处颗粒位移小于轮胎正下方颗粒，左右轮下方颗粒产生的位移最大差异出现在深度为0．04 cm 处，两者相差0．28 mm．%The mesoscopic model of ATB -30 was established based on particle flow code.The stress characteristics of ATB -30 under vehicle load were simulated during construction.The evolution of contact force and the displacement of particles at different position of ATB -30 particles were tracked. The particle contact forces of ATB -30 and AC -20 were compared.The results show that the contact forces among particles are different with various extension direction.The large force forms among large particles,and the maximum force is 7.051 ×104 N before loading with 1.393 ×105 N after loading.The distribution of force under tires is more intensive with large value.The particle displacement is decreased along the depth direction,and the displacements at two wheel gaps are smaller than those at the middle ofwheels.The maximum difference of displacement at the middle of left and right wheels occurs at depth of 0.04 cm with difference of only 0.28 mm.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】5页(P730-734)【关键词】ATB-30沥青混合料;颗粒流程序;细观响应;颗粒位移;接触力【作者】吴平【作者单位】长安大学公路学院，陕西西安 710064; 内蒙古路桥有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010051【正文语种】中文【中图分类】U416.2半刚性基层沥青路面具有强度高、承载能力大、整体稳定性强等特点,且结构和材料设计施工技术成熟,一直是我国高等级公路的主要路面结构形式.但是,由于半刚性基层沥青路面在使用过程中普遍存在龟裂、反射裂缝、冲刷等病害,一直得不到根本解决.为了减少半刚性基层沥青路面反射裂缝,近年来,在公路建设中沥青稳定碎石(ATB)柔性结构层的应用越来越多,沥青稳定碎石具有较强的变形能力,同时可以有效降低路面结构产生的应力集中,减少沥青路面反射裂缝的发生,提高路面使用性能.冯新军等[1]、黄拓等[2]对ATB-30沥青稳定碎石的低温抗裂性能及其他路用性能进行了研究.王锋[3]研究了ATB-30用于下面层的结构特性和强度形成机理.李安等[4]结合重庆绕城高速公路项目比较了ATB-25和AC-25作为下面层的路用性能.刘辛欣[5]研究了ATB-30作为下面层时原材料、配合比设计及沥青用量确定方法.蒋应军等[6]、张毅等[7]研究了成型方法对ATB-30混合料性能的影响.陈俊等[8]为了从细观角度分析沥青混合料的疲劳机理,运用离散元方法生成小梁试件,模拟了疲劳试验,得到了不同加载次数下试件内部的应力分布.常明丰等[9-11]、LIU Y.等[12]、XUE W.J.等[13]数值模拟了双轴试验,得到伺服荷载作用下试件内部的细观演化以及试件内部的接触力分布.本研究将ATB-30作为路面结构下面层,从细观角度研究ATB-30下面层在标准轴载作用下颗粒间相互作用、颗粒间接触力的演化以及颗粒的位移矢量变化等,根据下面层ATB-30的级配构建ATB-30下面层细观模型,并施加标准轴载,通过追踪细观模型颗粒间接触力演化、不同位置处颗粒的位移,从而再现室内试验无法获取的细观力学信息,为研究荷载作用下沥青混凝土路面所产生的各种病害提供理论依据. 根据JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》,ATB-30沥青混合料的油石比为2.5%～4.0%.以规范级配为基础,应用Superpave沥青混合料级配设计方法,初拟3组级配,一组接近规范中值,一组接近上限和中值的中间位置,一组接近中值和下限的中间位置.以间隔0.3%的油石比,利用马歇尔方法成型试件,并测定试件的体积指标、动稳定度、流值等.根据试验结果选取一种较好级配,进行路用性能试验,根据试验结果调整并确定最终级配,ATB-30的级配如图1所示.细观模型的构建区域为厚度10 cm、宽度150 cm,根据ATB-30各档集料的通过率、集料密度、最佳油石比(3.5%)和空隙率(4.7%)等参数计算细观模型中各档集料的颗粒个数,见表1.根据表1中各档集料所对应的颗粒个数,填充10 cm×150 cm的区域,颗粒分布采用均匀分布的方法,并按粒径由大到小的方式根据级配生成.由于沥青混合料中沥青的黏结作用,本研究选择平行黏结模型表征沥青的黏结,平行黏结表征颗粒间的接触存在一定尺寸范围内的相互作用.该本构模型可承受力和力矩的作用,相应的细观模型参数见表2.表2中密度参数为室内试验实测值,其余细观参数参考PFC计算软件中的推荐值.所构建的10 cm厚度的ATB-30下面层细观模型如图2所示.由图2可知,粒径大小区别明显,这是由于ATB-30的公称最大粒径的集料相对细集料粒径相差较大,且可以看出粗集料数量较少,细集料填充了粗集料形成的空隙空间. 细观模型构建完成后,为了使内部结构处于稳定状态,即进行下一步加载前,细观模型应处于平衡状态,可通过追踪模型中颗粒间的平均不平衡力(mean unbalanced force)随时步的变化曲线,来判断该细观模型是否处于平衡状态,平均不平衡力随时步的变化曲线见图3.由图3可以看出,平均不平衡力的变化范围为0.629～114.700 N,平均不平衡力随时步的增加逐渐减小,并最终处于恒定状态,曲线的变化趋势均说明模型已处于平衡状态.集料形成的骨架成为荷载的传递路径,形成接触力网络结构,接触力类型包括压力和拉力,线条粗细表示接触力大小,线条越粗表示接触力越大,细观模型达到平衡后的接触力如图4所示.由图4可知:颗粒间的接触力错综复杂，延伸方向各异，大小不同,较大颗粒间形成较粗的接触力网,相应的接触力较大;较小的颗粒间形成较细的接触力网,其接触力较小.这与粗集料形成骨架结构的理念相吻合,即接触力网络较粗的区域可承受较大的荷载作用,该模型的最大接触力为7.051×104 N.本研究的荷载作用模式为单轴双轮组,标准轴载为BZZ-100,轮胎作用于路面的荷载采用双圆荷载,接地压强为0.7 MPa.在离散元软件的加载模型中,以5个黏结成排的球模拟轮胎接地尺寸,经过试算,施加荷载后球体间隙处路面材料受力特性与球体和路面材料接触处材料受力特性基本相同,采用该加载模式可以近似模拟车辆荷载.5个黏结成排的球体直径之和为21.3 cm(双圆荷载当量圆的直径),两轮胎间距为10.65 cm.在离散元软件中,把接地压强0.7 MPa换算为1.491×105 N的力.加载模型见图5.施加荷载过程中,细观模型中的颗粒间会产生相互错动、空间位置变化,使得集合体内部逐渐趋于平衡状态.与细观模型构建时监测平均不平衡力曲线随时步的变化趋势相同,通过获知曲线是否趋于平稳判断细观模型在荷载作用下的平衡状况.平均不平衡力随时步的变化曲线见图6.图6中,平均不平衡力的变化范围为7.718～216.800 N,平均不平衡力随时步的增加逐渐减小,与最大平均不平衡力相比,最小值已足够小,并接近0,曲线的变化趋势均说明模型已处于平衡状态.由于荷载作用,颗粒间接触力会产生延伸方向和大小的变化,本研究追踪了荷载作用下接触力的变化,如图7所示.荷载作用后,ATB-30细观模型内部的最大接触力为1.393×105 N,相比未施加荷载时的最大接触力7.051×104 N增加了约1.98倍,说明荷载作用下进一步挤密轮胎附近处的路面结构,增大了颗粒间的作用力.图7中较粗的接触力网络出现在左右轮胎下,特别是当轮胎作用于粗集料上时产生的接触力更大,也直观印证了最大接触力的增加.由图7还可以看出:接触力的分布在轮胎下方较密集,接触力较大;远离轮胎作用区域处,由于集料颗粒受到荷载的扰动较小,接触力相对较小.荷载作用后,颗粒的空间位置发生变化,本研究追踪了颗粒的位移矢量变化,及右轮中间、两轮轮隙和左轮中间间隔0.02 cm处颗粒沿深度方向的位移变化,颗粒位移矢量见图8,3个位置处颗粒位移变化曲线见图9.由图8可知:颗粒位移较大的区域集中于左右轮胎下方一定深度,而轮隙、轮胎外侧和更深处颗粒位移较小,甚至不产生位移,这是由于近轮胎处的颗粒受荷载的直接作用,而轮隙、轮胎外侧和更深处颗粒受荷载影响较小或荷载尚未传递至该处,这与接触力的分布结果是一致的,该模型中产生的最大位移为9.641 mm.由图9可知:沿深度方向,左右轮中间位置下方颗粒的位移逐渐减小,而两轮轮隙的颗粒位移出现一定的波动,出现波动的原因可能是由于在0.08 cm深度处检测的颗粒为细集料,受到粗集料的挤压,从而产生相对较大的位移,但两轮轮隙处颗粒的位移明显小于左右轮中间处的颗粒,且左右轮中间处颗粒产生的位移相差不大,最大差异出现在深度为0.04 cm处,两者仅相差0.28 mm.为了比较ATB-30和普通AC混合料作为下面层时在行车荷载作用中的细观响应差异性,选择常用的AC-20沥青混合料建立下面层结构细观分析模型,对比AC-20和ATB-30下面层在荷载作用下颗粒间接触力的不同,如图10所示.计算结果表明:荷载作用后,ATB-30细观模型内部的最大接触力为1.393×105 N,AC-20模型内部的最大接触力为1.788×105 N,与ATB-30相比，AC-20内部最大接触力增加约28.4%,从接触力分布图可以直观看出AC-20结构内部较大接触力分布更加密集,在相同荷载作用下,ATB-30结构层的细观响应优于AC-20.1) 颗粒间的接触力错综复杂，延伸方向各异，大小不同,较大的颗粒间形成较大的接触力,较小的颗粒间形成较小的接触力.2) 加载后,细观模型内部的最大接触力,相比未施加荷载时的最大接触力有所增加,接触力的分布在轮胎下方较密集,且接触力较大,远离轮胎作用区域处,接触力相对较小.3) 加载后,沿深度方向,左右轮中间位置下方颗粒的位移逐渐减小,两轮轮隙处颗粒的位移明显小于左右轮中间处的颗粒,左右轮中间处颗粒产生的位移相差不大.【相关文献】[1] 冯新军,郝培文,查旭东. ATB30沥青稳定碎石基层低温抗裂性研究[J].武汉理工大学学报,2007,29(6):35-38.FENG X J, HAO P W, ZHA X D. Research on low temperature anti-cracking performance of the ATB30 asphalt treated base [J]. Journal of Wuhan University of Technology,2007,29(6):35-38.(in Chinese)[2] 黄拓,钱国平,郑健龙. ATB-30沥青稳定碎石路用性能研究及工程实践应用[J].中外公路,2012,32(2):220-222.HUANG T, QIAN G P, ZHENG J L. Study on the performance of asphalt stabilized crushed stone pavement and application of engineering practice [J]. Chinese and Foreign Highway, 2012,32(2):220-222.(in Chinese)[3] 王锋. ATB-30在高速公路下面层的应用技术研究[D].西安:长安大学,2014.[4] 李安,游庆龙,陈成芹. 基于主亚骨架的ATB-25混合料级配研究[J].武汉理工大学学报,2011,33(10):46-50.LI A, YOU Q L, CHEN C Q. The ATB-25 mixture gradation research based on the main sub-frame[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2011,33(10):46-50.(in Chinese) [5] 刘辛欣. ATB-30沥青稳定碎石下面层配合比设计及施工工艺研究[J].北方交通,2013(2)：14-16. LIU X X. Research on the design and construction process of ATB-30 asphalt stabilized macadam base course mix proportion[J]. Traffic in the North,2013(2)：14-16.(in Chinese) [6] 蒋应军,陈浙江,徐晓和,等.ATB-30沥青混合料垂直振动成型方法及评价[J].建筑材料学报,2014,17(4):638-643.JIANG Y J, CHEN Z J, XU X H, et al. Evaluation on vertical vibration compaction method of ATB-30 asphalt mixture[J]. Journal of Building Materials, 2014,17(4):638-643.(in Chinese) [7] 张毅,薛金顺,陈浙江,等.成型方法对ATB-30混合料性能的影响[J].公路交通科技,2014,31(10):1-6.ZHANG Y,XUE J S,CHEN Z J,et al. Effect of compaction methods on performance of ATB-30 asphalt mixture[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2014,31(10):1-6.(in Chinese)[8] 陈俊,黄晓明.基于三维离散元法的沥青混合料断裂过程模拟[J].华南理工大学学报(自然科学版),2012,40(7):21-26.CHEN J, HUANG X M. Simulation of fracture process of asphalt mixture using three-dimension discrete element method [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition),2012,40(7):21-26.(in Chinese)[9] 常明丰,裴建中,陈拴发.粘结颗粒材料双轴试验的数值模拟研究[J].材料导报,2011,25(4):127-130. CHANG M F, PEI J Z, CHEN S F. Numerical simulation study of biaxial test for bonded granular material [J]. Materials Review, 2011,25(4):127-130.(in Chinese)[10] 常明丰,裴建中,陈拴发.颗粒材料双轴试验离散元数值模拟[J].交通运输工程学报,2010,10(5):1-7.CHANG M F, PEI J Z, CHEN S F. Numerical simulation of biaxial test for granular materials based on discrete element method[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010,10(5):1-7.(in Chinese)[11] 常明丰.基于颗粒物质力学的沥青混合料细观特性研究[D].西安:长安大学,2013.[12] LIU Y, YOU Z P. Discrete-element modeling: impacts of aggregate sphericity orientation and angularity on creep stiffness of idealized asphalt mixtures[J]. Journal of Engineering Mechanics, 2011, 137(4): 294-303.[13] XUE W J, WANG D, WANG L B. A review and perspective about pavement monitoring[J]. International Journal of Pavement Research and Technology, 2012, 5(5): 295-302.。

垃圾炉渣力学性质的颗粒流模拟张远博;冯兴波;徐永福【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)019【摘要】基于离散单元法理论和PFC3D软件,采用平行胶结模型来模拟炉渣中的胶结作用,建立了城市垃圾炉渣的细观颗粒模型.将模型细观参数和材料宏观力学性质联系起来,标定了模型的细观力学参数,将数值模拟结果和室内试验数据进行了对比.结果表明:离散元方法可以较好的模拟炉渣的应力-应变变形关系;细部结构调整的变化速率是影响模型受力变形机制的主要因素;改变边界刚度,分析了边界刚度对剪切强度参数和压缩模量的影响.从细观角度揭示影响炉渣强度的因素,对离散单元法的应用有一定的价值.%Based on discrete element theory,the microscopic model of particle flow for MSW has been established by PFC3D software.The parallel-bonded is employed to simulate the cementation in municipal solid waste(MSW).The microscopic parameters and the macroscopic mechanical properties of the model are related,so as to calibrate the micro-mechanics parameters of the parison between the results of numerical simulations and laboratory tests under confining pressure shows good agreement.The result also showed that the change rate of microscopic structure is the key factor of the deformation mechanism of the model.The influence of boundary stiffness on shear strength parameters and compressive modulus was analyzed through changing the boundary stiffness.It reveals factors that influence thestrength of MSW from the microscopic point of view and is valuable for developing the applicability of the DEM.【总页数】6页(P72-77)【作者】张远博;冯兴波;徐永福【作者单位】上海交通大学土木工程系,上海 200240;上海交通大学土木工程系,上海 200240;上海交通大学土木工程系,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TU441.5【相关文献】1.颗粒流理论模拟砂土的力学性质 [J], 周健;池永2.温度对混凝土力学性质影响的颗粒流模拟研究 [J], 曹明伟3.非贯通平行节理对岩石力学性质影响的颗粒流分析 [J], 刘绍兴;任红磊4.土的工程力学性质的颗粒流模拟 [J], 周健;池永5.交通荷载作用下砂土力学性质的颗粒流模拟 [J], 雷长征;丁蓬莱;张巍;孙可因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

循环荷载下砂土变形的细观数值模拟Ⅱ：密砂试验结果
刘洋;吴顺川;周健
【期刊名称】《岩土工程学报》
【年(卷),期】2007(29)11
【摘要】采用颗粒流理论模拟了不同排水条件下密砂的双轴试验,通过开发的细观组构统计程序记录加载不同时刻试样的细观组构演化,研究了循环荷载作用下密砂变形过程中细观配位数、接触方向、粒间接触力等的演化规律及其与试样宏观力学响应之间的内在联系。

探讨了密砂在循环荷载作用下诱发各向异性、剪胀软化、循环活动性等产生的微细观机理。

与松砂相比,密砂在循环荷载作用下,组构各向异性与应力各向异性彼此相协调,没有产生配位数的连续累积损失。

【总页数】7页(P1676-1682)
【关键词】细观组构;循环荷载;诱发各向异性;剪胀;循环活动性
【作者】刘洋;吴顺川;周健
【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院土木系;同济大学地下建筑与工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TU453
【相关文献】
1.砂土直剪试验离散元数值模拟与细观变形机理研究 [J], 李爽;刘洋;吴可嘉
2.循环加荷条件下饱和砂土液化细观数值模拟 [J], 周健;史旦达;贾敏才;闫东霄
3.循环荷载下砂土变形的细观数值模拟I:松砂试验结果 [J], 刘洋;周健;吴顺川
4.循环荷载下砂土液化特性颗粒流数值模拟 [J], 周健;杨永香;刘洋;贾敏才
5.单调荷载下砂土变形过程数值模拟及细观机制研究 [J], 刘洋;吴顺川;周健
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复杂泥沙流场中颗粒运动规律的数值模拟研究随着现代科技的不断进步，数值模拟技术在各领域得到了广泛的应用。

其中，通过数值模拟的方法来研究复杂泥沙流场中颗粒的运动规律，可以对河道、海岸线等场景中的泥沙运动进行详细的分析，从而为相关行业提供有力的参考。

一、泥沙运动的数学模型泥沙流场的数学模型可以分为两个方面，一方面是流体的运动，另一方面则是颗粒的运动。

对于流体的运动，可以采用纳维尔-斯托克斯(N-S)方程组进行求解，而对于颗粒的运动，则需要引入泥沙运动方程组，其中包括泥沙连续性方程、泥沙动量守恒方程、泥沙能量方程等。

通过这些方程组的求解，可以得到泥沙在流场中的运动轨迹和相关参数。

二、颗粒运动的离散算法在实际的数值模拟中，颗粒的运动无法直接求解，需要进行一定程度的离散化处理。

目前常用的颗粒运动离散算法主要有三种：拉格朗日方法、欧拉方法和混合方法。

拉格朗日方法是指在空间中跟踪颗粒的位置和速度，并通过数值求解微分方程来模拟颗粒的运动。

这种方法能够考虑颗粒之间的相互作用，但计算量较大，适用于颗粒数量较少的情况。

欧拉方法则是在空间中离散颗粒的位置和速度，通过对每个颗粒施加离散化力来模拟颗粒的运动。

虽然计算效率高，但不便于考虑颗粒之间的相互作用，适用于颗粒数量较多的情况。

混合方法则是将拉格朗日方法和欧拉方法相结合，以便在不同情况下选择合适的算法。

对于颗粒数量较少、相互作用较强的情况，采用拉格朗日方法；对于颗粒数量较多、相互作用较弱的情况，采用欧拉方法。

三、工程实例在实际的泥沙流场研究中，数值模拟技术能够提供有效的帮助。

例如，在河道桥梁护岸的设计中，泥沙的运动会对结构稳定性和水流阻力造成影响。

因此，研究颗粒运动规律对于确定泥沙的运动和沉积区域、分析冲刷深度、评估桥梁稳定性等方面具有重要的意义。

再例如，在海岸工程中，泥沙的运动会对海岸线的演化和海岸保护工程的设计产生影响。

数值模拟技术能够模拟海岸线颗粒的运动以及包含波浪能量损失和海岸线演化的海岸动力学过程。

基于Gross方程的饱和砂土液化后流动特性模型1. 引言1.1 研究背景饱和砂土液化是地震灾害中常见的地质灾害之一，造成了许多严重的人员伤亡和财产损失。

对饱和砂土液化机理和流动特性进行深入研究具有重要的现实意义。

当前，关于饱和砂土液化后流动特性的研究主要集中在实验室试验和数值模拟两个方面。

实验室试验通常通过液化现象的模拟试验来研究饱和砂土的流动特性，但受到试验条件的限制，无法完全还原实际地震作用下的液化过程。

而数值模拟通常基于经典的动力学方程或流体力学方程，对饱和砂土液化后的流动过程进行模拟和分析，虽然可以较好地揭示流动特性，但是对实际场景的适用性有一定局限性。

基于Gross方程的饱和砂土液化后流动特性模型的建立具有重要意义。

通过构建适用于不同地震作用下的流动模型，可以更准确地预测饱和砂土液化后的流动特性，为地震灾害的防范和减灾提供更加科学的依据。

1.2 研究目的研究目的：本研究旨在基于Gross方程，建立饱和砂土液化后流动特性的模型，以实现对液化土体在液化后的流动特性进行更准确和全面的预测。

通过对饱和砂土的液化特性进行分析，并结合Gross方程的理论基础，探讨液化土体流动特性的规律，进一步验证液化土体流动行为与模型预测的吻合程度。

通过本研究，旨在为液化土体的工程应用提供可靠的理论支持，为工程设计和灾害防治提供科学依据。

2. 正文2.1 Gross方程介绍Gross方程是液化研究领域中一个重要的理论模型，最早由Gross 在1965年提出。

该方程基于动量守恒原理和阿基米德原理，描述了饱和土体在液化过程中的流动特性。

Gross方程可以表示为：\[ \nabla \cdot \left( \frac{k}{\mu} \nabla u \right) + \nabla p = \rho g \]\( k \) 是土体的渗透系数，\( \mu \) 是土体的动力粘度，\( u \) 是土体的流速，\( p \) 是土体的压力，\( \rho \) 是土体的密度，\( g \) 是重力加速度。

桩-桶基础抗压承载力试验的颗粒流数值模拟
刘文白;王大栋
【期刊名称】《中国水运（下半月）》
【年(卷),期】2009(009)007
【摘要】利用二维颗粒流方法(PFC2D)对桩-桶基础进行了在砂土中承受下压荷载作用的数值模拟试验并与室内物理模型试验实测值作了对比.应用颗粒流理论及其PFC2D程序,模拟研究了承受下压荷载作用时桩-桶基础周围土体的细观力学特征,基础下压位移和颗粒的分布和速度.根据土颗粒的分布、速度和位移的分布和变化,拟合了土中滑裂面的形状;数值模拟了下压荷载、基础下压位移与时步的关系,并与物理试验的结果进行了对比分析.
【总页数】3页(P238-240)
【作者】刘文白;王大栋
【作者单位】上海海事大学,海洋环境与工程学院,上海,200135;上海海事大学,海洋环境与工程学院,上海,200135
【正文语种】中文
【中图分类】TU473.1+1
【相关文献】
1.海洋工程桩-桶基础设计及颗粒流数值模拟 [J], 刘文白
2.被动侧向受荷桩模型试验及颗粒流数值模拟研究 [J], 周健;亓宾;曾庆有
3.砂土中单桩静载室内模型试验及颗粒流数值模拟 [J], 周健;郭建军;张昭;贾敏才
4.桩-桶基础的结构试验及数值模拟 [J], 刘文白;李小强
5.主动侧向受荷桩模型试验与颗粒流数值模拟研究 [J], 周健;张刚;曾庆有
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干砂强夯动力颗粒定向细观颗粒流探讨摘要:通过引进和开发二维颗粒流程序,基于相似理论建立了可以模拟砂土地基强夯加固的细观颗粒流模型,结合小比尺室内细观模型试验,从颗粒细观力学角度入手对干砂在强夯冲击加固过程中的颗粒定向特性进行了数值模拟。

结果表明,数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性,实现从细观角度揭示干砂强夯动力微观加固机理,研究工作为今后砂土强夯加固宏细观机理研究提供了一条新的思路。

关键词:强夯;干砂;颗粒流;颗粒定向1引言强夯法已成为软弱地基特别是砂性土地基最为常用的加固措施之一。

强夯加固地基就是利用巨大的冲击能量,在地基中产生极大的冲击波和动应力,使地基土体产生密实或动力固结,从而达到改善地基工程特性的目的[1-7]。

但至今强夯加固法的研究仍然处于半理论、半经验状态之中,理论严重滞后于实践是不容质疑的事实。

目前,学术界普遍认为强夯加固存在三种理论:(一)动力固结理论;(二)波动理论;(三)微观结构理论。

到目前为止,传统解释强夯加固机理的“微观理论观点”仍然是人们基于一系列理论方法推导假设而来,在学术界和工程界普遍被人们认为是正确的,但至今也没有很好的方法从微观的角度上来阐述和证明它,依据很多参考文献和工程实例,我们知道在冲击荷载作用下,位于不同位置不同区域的土体颗粒长轴定向性规律可能会有所不同。

但就目前已有的室内模型试验装置和数码拍照摄像技术的水平,还不可能完全知晓模型箱内任意一个区域的颗粒长轴定向性的分布规律。

然PF颗粒流(PartileFldein2Diensin)[8]却给我们提供了一个新的研究手段,通过PF颗粒流程序的二次开发,利用FISH语言统计每次冲击后不同区域的颗粒数目和颗粒长轴的定向性分布规律,我们能够研究数值模型中任意一个区域的颗粒长轴定向性分布规律。

因此,PF颗粒流在研究这个问题上具有其它数值模拟方法不可比拟的优越性,研究的成果有助于我们进一步加深对“微观理论观点”理解和认识。