收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

土工问题的颗粒流数值模拟及应用研究

罗勇  
【摘要】: 土是一种不同于一般材料的极其复杂的颗粒集合体,它既不是理想的弹性材料,也不是理想的塑性材料。岩土工程模拟研究的主要对象是松散的岩土材料,这种材料的典型特点就是其破碎性和流动性。尽管连续介质的假设与实际情况不相符合,目前大多的数值计算方法都是用连续介质力学的思路去分析和研究土的力学性状。人们早就认识到应当从微细观角度研究土这种具有独特的不同于金属等连续介质的应力—应变性状,但是由于这种研究相当复杂,而且依赖比较多的外界因素,比如计算机的处理能力和细观颗粒的本构理论等,故很难建立微观与宏观的定量关系。 本文引入颗粒流理论PFC2D和PFC3D并开发颗粒流数值模拟技术,克服传统连续介质力学模型采用宏观连续性假设所导致的不足,建立了细观参数标定宏观参数的近似定量关系,并首次尝试用于模拟基坑开挖的动态过程。并且模拟了颗粒排列成的不同空间结构的力学性状和无粘性土三轴应力-应变关系曲线,将土体微细观结构与宏观力学反应紧密地联系起来,对土体剪切位移场形成和演化等渐进破坏过程有更深入的理解和发现。 通过大量的参数试算与分析,建立起细观结构参数与宏观力学参数的函数关系式,近似标定了土体的摩擦角、变形模量和加固土的峰值强度,并在此基础上建立了模型模拟支撑开挖的动态过程,其中灌注桩和钢支撑用颗粒的平行粘结本构模型模拟,土体用线弹性接触本构模型模拟。分析得到了分布开挖的结构水平位移、弯矩、剪力、支撑轴力和作用在结构上的土压力变化和分布规律,并且与现场实测数据进行了比较。 土的另一方面的复杂性还在于其空间结构性,研究颗粒的空间结构性问题可以从细观形态入手,研究颗粒排列的几何特征对材料力学特性的影响,有利于探讨颗粒世界的非均质性,各向异性。基于三维离散单元颗粒流理论,引入了颗粒的滑动接触本构模型,建立了金字塔和正交晶系两种典型空间排列结构的颗粒体试样,进行了三轴应力应变数值模拟和平面应力应变数值模拟,与物理实验结果吻合,数值试验基本再现了物理试验的力学宏观行为,峰值摩擦角与理论值之间的相对误差小于2.5%。分析不同典型空间排列结构试验过程中的细观织构(配位数、孔隙率和滑动摩擦接触数)的变化趋势和规律。 引入了在极限剪力状态下滑动接触本构模型,建立颗粒体砂土试样,进行三轴应力应变数值模拟。通过大量的颗粒流数值试验,从细观力学角度对砂土的工程力学特性进行了模拟研究和分析;对砂土的室内常规三轴试验及其剪切带的形成和发展进行了数值模拟,分别对比不同围压下颗粒体试样与室内承德中密砂三轴试验的应力—应变关系曲线,基本再现了试样的加载曲线;分析颗粒法向刚度、法向和切向刚度比值、孔隙率,摩擦系数等细观结构参数变化对材料的宏观力学性状的影响;分析了细观织构在加载过程中的变化规律;并研究了围压对剪切位移场性状的影响。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李扬,汪仁煌,郑莹娜,葛李;应用透射式光层析术反演颗粒流的二维浓度分布[J];中国电机工程学报;2004年03期
2 刘文白,周健;扩底桩的上拔试验及其颗粒流数值模拟[J];岩土力学;2004年S2期
3 刘志峰;赵刚;刘正锋;张有为;王晓宏;;逾渗多孔介质对固体颗粒吸附过程的影响[J];化工学报;2007年06期
4 唐娴;戴经梁;;基于颗粒流程序的沥青混合料颗粒接触模拟[J];郑州大学学报(工学版);2009年01期
5 刘文白;王大栋;;桩-桶基础抗压承载力试验的颗粒流数值模拟[J];中国水运(下半月);2009年07期
6 杜娟;;二维颗粒流程序PFC~(2D)特点及其应用现状综述[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年05期
7 夏绪辉,谷士强;环缝磨内颗粒的流动研究[J];武汉科技大学学报(自然科学版);1999年03期
8 周健,池永;砂土力学性质的细观模拟[J];岩土力学;2003年06期
9 杜明芳,刘起霞,蒋志娥,高新南;储料的密度对立筒仓压力影响的颗粒流数值模拟[J];郑州工程学院学报;2004年03期
10 柴浩;郑刚;尹金凤;;扩径桩抗压性能的颗粒流数值模拟[J];工业建筑;2007年05期
11 王连庆;高谦;王建国;方祖烈;;自然崩落采矿法的颗粒流数值模拟[J];北京科技大学学报;2007年06期
12 王伟;刘焜;焦明华;刘小君;;颗粒物质摩擦因数对颗粒流润滑影响的仿真分析[J];中国机械工程;2009年07期
13 赫建明;李晓;吴剑波;成国文;徐均凤;;土石混合体材料的模型构建及其数值试验[J];矿冶工程;2009年03期
14 吴春亮;詹杰民;;采用非结构化网格求解颗粒流的一种数值方法[J];中山大学学报(自然科学版);2007年03期
15 郑刚;焦莹;柴浩;尹金凤;;扩径桩抗压抗拔性能的颗粒流数值模拟[J];天津大学学报;2008年01期
16 翟振威;原国平;张峰涛;;筒仓贮料流态的颗粒流数值模拟[J];山西建筑;2008年35期
17 刘石;何玉荣;赵云华;李志宏;;离散单元法模拟颗粒在斜板上运动及分离过程[J];哈尔滨工业大学学报;2010年09期
18 梁鑫;郑立宁;;土石碎屑体稳定性离散元数值分析[J];铁道建筑;2011年02期
19 彭述权;李夕兵;樊玲;;刚性挡墙主动破坏墙后土拱效应细观研究[J];中南大学学报(自然科学版);2011年04期
20 刘景源,还博文;管内移动散料流率的叶轮测量法[J];化学反应工程与工艺;1995年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡寅;周健;;砂土振冲过程的颗粒流程序仿真[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
2 郭海庆;李志刚;高庄平;;粒径在颗粒流标定过程中对边坡岩土体细观参数的影响[A];岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
3 邵磊;迟世春;贾宇峰;;堆石料三轴试验的细观模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
4 刘志峰;赵刚;张有为;刘正锋;李柯;王晓宏;;固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(一)[C];2007年
5 杨延强;易维明;;竖直管内颗粒运动规律的实验研究[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集(上册)[C];2008年
6 李吉;;旨在减少工业用FCC再生装置内壁冲蚀的颗粒流模拟[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
7 杨馥菱;张慰慈;陈俊杉;谢尚贤;;碰撞模型参数对滑道道高浓度干颗粒流发展之影响(英文)[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
8 张敏思;王述红;侯佳男;郭牡丹;杨勇;;含孔洞节理岩体损伤破坏过程的颗粒流数值模拟[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(1)[C];2009年
9 孙刚;黄德财;彭子晖;;从对颗粒流的理解到对交通流的控制[A];2007“与统计有关的凝聚态物理中一些数值计算问题”研讨会论文集[C];2007年
10 郭玉明;梁莉;张东光;;散体力学研究进展及其在农业工程中的应用[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹文广;稠密气固两相射流的实验研究与数值模拟[D];华东理工大学;2013年
2 曾远;土体破坏细观机理及颗粒流数值模拟[D];同济大学;2006年
3 罗勇;土工问题的颗粒流数值模拟及应用研究[D];浙江大学;2007年
4 张昭;砂土中桩基础沉降机理宏细观研究[D];同济大学;2007年
5 彭述权;砂土挡墙破坏机理宏细观研究[D];同济大学;2007年
6 张思峰;预应力内锚固段作用机理及其耐久性研究[D];同济大学;2007年
7 赵岗飞;网格状带齿加筋体强度、筋—土界面特性及其应用研究[D];上海大学;2011年
8 吴剑;滑带剪切过程的离散元模拟研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
9 胡国琦;颗粒物质流动和静态若干问题的研究[D];浙江大学;2006年
10 左治兴;露天转地下开采过程中高陡边坡的稳定性评价与控制技术研究[D];中南大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐超;基于颗粒流法的饱和砂层隧道围岩稳定性研究[D];广东工业大学;2014年
2 冯耀东;随机力场对二维颗粒流流动性质影响的研究[D];南京理工大学;2013年
3 景艳;新型预交联颗粒流向改变剂的研制及应用[D];西南石油学院;2004年
4 柴浩;基于二维颗粒流理论的挤扩支盘桩承载力研究[D];天津大学;2007年
5 王家军;喷射颗粒流润滑试验研究及有限元仿真[D];合肥工业大学;2009年
6 李伟;粘性土基本力学特性微结构机理研究[D];同济大学;2008年
7 王劢翔;羟基镍粉卧式反应釜工作过程仿真分析[D];华中科技大学;2008年
8 闫东霄;砂土稳态强度试验研究及颗粒流模拟[D];同济大学;2007年
9 陈德文;锚固机理的模型试验研究及其颗粒流数值模拟[D];山东大学;2008年
10 李阳;筒型基础负压沉贯过程渗流场数值分析[D];天津大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 朱继东 李晓梅;王光谦:江河在我心中[N];中国水利报;2002年
2 崔强;预混辅料面面观[N];中国医药报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978