一种模拟堆石料颗粒破碎的离散元-比例边界有限元结合法

发布时间：2018-02-03 10:34

本文关键词： 堆石料离散单元法比例边界有限单元法颗粒破碎 Hoek-Brown准则双轴试验　出处：《岩土力学》2017年05期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：试验研究和数值模拟都表明,颗粒破碎对颗粒岩土材料的宏观力学响应具有重要的影响。结合离散元与比例边界有限元法,提出一种用于研究堆石料颗粒破碎行为的新的数值计算方法,可以将两种方法各自的优势同时发挥出来。离散单元法将被用于求解颗粒的运动以及相互作用。在每一个时间步尾,采用比例边界有限单元法计算颗粒内部的应力分布。比例边界有限单元法可以仅用一个任意边数的多边形来描述一个颗粒,大大节约应力计算的成本。当应力状态确定之后,Hoek-Brown准则将被引入用于确定颗粒内部的破坏点,当破坏点达到一定的比例时,即视为这个颗粒将破坏。为简化起见,假设破坏路径为直线,如果破坏发生,则该颗粒一分为二,各个新的颗粒将直接参与离散元和比例边界有限元的计算。该方法无需预定义任何子颗粒或网格重划分。最后以一个简单的双轴试验的模拟展现方法的可行性。
[Abstract]:Experimental research and numerical simulation show that particle breakage plays an important role in the macroscopic mechanical response of granular rock and soil materials, combining discrete element method with proportional boundary finite element method. In this paper, a new numerical method is presented to study the particle breakage behavior of rockfill. The discrete element method will be used to solve the motion and interaction of particles. The proportional boundary finite element method is used to calculate the stress distribution in the particle. The proportional boundary finite element method can describe a particle with only one polygon with any number of edges. When the stress state is determined, the Hoek-Brown criterion will be introduced to determine the failure point inside the particle, when the failure point reaches a certain proportion. It is assumed that the particle will destroy. For the sake of simplification, assume that the damage path is a straight line, and if the destruction occurs, the particle is divided into two. Each new particle will be directly involved in the calculation of the discrete element and the proportional boundary finite element. The method does not need to predefine any sub-particle or mesh re-division. Finally, the feasibility of the method is demonstrated by a simple biaxial test.
【作者单位】：武汉大学土木建筑工程学院;澳大利亚联邦大学科学与技术学部;塔斯马尼亚大学工程信息与交流技术学院;
【基金】：中国国家留学基金对本文第一作者的资助
【分类号】：TU4
【正文快照】： 3.塔斯马尼亚大学工程信息与交流技术学院,澳大利亚霍巴特)试验研究[1?7]和数值模拟[8?13]都表明,颗粒破碎对颗粒岩土材料的宏观力学响应具有重要影响。颗粒岩土材料中的颗粒破坏现象通常用离散元(discreteelement method,简称DEM)进行模拟[14?16]。在这些研究中,每个颗粒通过

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