基于PFC3D柔性边界条件的饱和密实含泥砂土动力特性模拟分析
发布时间：2024-04-01 00:19
以南昌地下饱和密实含泥砂土为对象,在三剪统一弹塑性边界面模型的基础上做了多项了室内土工试验以及在PFC3D颗粒流程序中建立了柔性边界面的常规三轴、动三轴和动真三轴的数值试验模型和单、双隧道的工程数值模型,同时将常规三轴、动三轴的室内试验结果、PFC3D模拟结果和理论计算结果作对比,动真三轴的PFC3D模拟结果和理论计算结果作对比,并分析了单、双隧道行车过程中砂土的力学特性和隧道、土体的动力响应,主要研究内容及得出结论如下:(1)介绍了静、动三轴试验的柔性边界数值模型建立方法以及模型细观参数的标定过程。PFC3D试验数值模型细观参数的标定需要以室内试验结果为基础,静、动三轴试验模型的土样可用半径排斥法生成,围压则通过小颗粒单元组成的柔性橡皮膜实现,加载只需对上下墙体速度进行控制。(2)100kPa、400kPa围压下含量泥量为0%、5%和10%的砂土在常规三轴中的PFC3D数值模拟结果、室内试验结果和理论计算结果之间的对比表明砂土在常规三轴排水条件下这3种结果的体应变状态、应力-应变关系均吻合良好,数值模型还能从颗粒位移和力链上产生对应得细观响应。(3)常规动三轴在理论计算、室内试验及P...
【文章页数】：163 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 饱和砂土的理论研究
1.2.2 室内动三轴试验研究现状
1.2.3 颗粒流方法的研究现状
1.3 本文的主要研究内容及创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 创新点
1.4 技术路线
第2章 颗粒流程序运算原理
2.1 概述
2.2 PFC3D简介和基本假设
2.3 接触本构模型
2.3.1 接触刚度模型
2.3.2 线性接触模型
2.3.3 接触粘结模型
2.4 细观阻尼机制
2.4.1 局部阻尼(Local Damping)
2.4.2 粘性阻尼
2.5 伺服控制
2.6 变量记录
2.7 本章小结
第3章 饱和砂土的三剪统一弹塑性边界面模型及模型参数确定
3.1 概述
3.2 考虑剪胀特性的修正剑桥模型
3.3 饱和砂土三剪边界面弹塑性本构模型
3.3.1 边界面方程
3.3.2 流动法则与映射法则
3.3.3 塑性模量
3.3.4 弹塑性本构关系
3.4 模型参数确定
3.5 颗粒筛分试验
3.5.1 试验准备及方法
3.5.2 筛分结果
3.6 砂土比重试验
3.6.1 试验准备及方法
3.6.2 比重试验结果
3.7 砂的相对密度试验
3.7.1 试验准备及方法
3.7.2 相对密度试验结果
3.8 常规三轴压缩试验
3.8.1 试验步骤
3.9 循环动三轴试验
3.9.1 试验步骤
3.10 土性参数及模型参数的确定
3.10.1 无量纲常数a、压缩指数λ和回弹指数κ
3.10.2 应力比修正无量纲参数n
3.10.3 砂土内聚力c和内摩擦角Φ
3.10.4 临界围压Pmin
3.10.5 形函数参数γ
3.10.6 形函数修正参数ζqr、η
3.10.7 损伤变量参数β
3.11 土性参数汇总
3.12 本章小结
第4章 柔性边界条件下PFC3D常规三轴和常规动三轴数值试样的建立
4.1 概述
4.2 PFC3D数值试样尺寸
4.3 PFC3D数值试样颗粒生成
4.4 PFC3D数值试样的接触模型
4.5 PFC3D数值试样初始刚性边界施加围压
4.6 PFC3D数值试样改进边界后施加围压
4.6.1 排水条件下的柔性边界模型
4.6.2 不排水条件下的柔性边界模型
4.7 PFC3D数值试样的加载方式
4.7.1 剪切压缩加载
4.7.2 循环加载
4.8 数据记录
4.9 PFC3D细观模型参数确定
4.9.1 砂土接触刚度
4.9.2 膜颗粒接触刚度
4.9.3 颗粒阻尼
4.9.4 细观参数确定
4.10 本章小结
第5章 柔性边界条件下的常规三轴PFC3D数值模拟结果及其对比
5.1 概述
5.2 排水条件下应力应变对比关系
5.3 体应变对比关系
5.4 砂土剪切破坏过程中的位移场和接触力链
5.5 本章小结
第6章 柔性边界条件下的循环动三轴PFC3D数值模拟结果及其对比
6.1 概述
6.2 应力应变关系
6.3 孔隙水压的发展
6.4 配位数的变化
6.5 本章小结
第7章 柔性边界条件下的动真三轴PFC3D数值模拟结果及其对比
7.1 概述
7.2 真三轴应力状态土的力学特性关系式
7.3 真三轴模型的建立
7.3.1 PFC3D真三轴数值试样尺寸确定及颗粒模型的生成
7.3.2 真三轴模型的围压施加及加载
7.4 静真三轴模拟及中间主应力影响系数的确定
7.5 动真三轴应力应变关系
7.6 孔隙水压对比关系
7.7 配位数变化
7.8 本章小结
第8章 地铁单、双隧道的PFC3D数值模拟研究
8.1 概述
8.2 工程概况
8.3 单隧道模型
8.3.1 单隧道模型建立
8.3.2 单隧道运营时砂土位移场和速度场
8.3.3 单隧道运营时砂土的力学特性
8.4 双隧道模型
8.4.1 双隧道模型建立
8.4.2 双隧道运营时砂土位移场和速度场
8.4.3 双隧道运营时砂土的力学特性
8.5 本章小结
第9章 结论与展望
9.1 结论
9.2 展望
致谢
参考文献
附录A 常规三轴试验程序框图
附录B 循环动三轴试验程序框图
附录C 循环动静、真三轴试验程序框图
附录D 南昌地铁单隧道运营程序框图
附录E 南昌地铁单隧道运营程序框图
本文编号：3944719
【文章页数】：163 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 饱和砂土的理论研究
1.2.2 室内动三轴试验研究现状
1.2.3 颗粒流方法的研究现状
1.3 本文的主要研究内容及创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 创新点
1.4 技术路线
第2章 颗粒流程序运算原理
2.1 概述
2.2 PFC3D简介和基本假设
2.3 接触本构模型
2.3.1 接触刚度模型
2.3.2 线性接触模型
2.3.3 接触粘结模型
2.4 细观阻尼机制
2.4.1 局部阻尼(Local Damping)
2.4.2 粘性阻尼
2.5 伺服控制
2.6 变量记录
2.7 本章小结
第3章 饱和砂土的三剪统一弹塑性边界面模型及模型参数确定
3.1 概述
3.2 考虑剪胀特性的修正剑桥模型
3.3 饱和砂土三剪边界面弹塑性本构模型
3.3.1 边界面方程
3.3.2 流动法则与映射法则
3.3.3 塑性模量
3.3.4 弹塑性本构关系
3.4 模型参数确定
3.5 颗粒筛分试验
3.5.1 试验准备及方法
3.5.2 筛分结果
3.6 砂土比重试验
3.6.1 试验准备及方法
3.6.2 比重试验结果
3.7 砂的相对密度试验
3.7.1 试验准备及方法
3.7.2 相对密度试验结果
3.8 常规三轴压缩试验
3.8.1 试验步骤
3.9 循环动三轴试验
3.9.1 试验步骤
3.10 土性参数及模型参数的确定
3.10.1 无量纲常数a、压缩指数λ和回弹指数κ
3.10.2 应力比修正无量纲参数n
3.10.3 砂土内聚力c和内摩擦角Φ
3.10.4 临界围压Pmin
3.10.5 形函数参数γ
3.10.6 形函数修正参数ζqr、η
3.10.7 损伤变量参数β
3.11 土性参数汇总
3.12 本章小结
第4章 柔性边界条件下PFC3D常规三轴和常规动三轴数值试样的建立
4.1 概述
4.2 PFC3D数值试样尺寸
4.3 PFC3D数值试样颗粒生成
4.4 PFC3D数值试样的接触模型
4.5 PFC3D数值试样初始刚性边界施加围压
4.6 PFC3D数值试样改进边界后施加围压
4.6.1 排水条件下的柔性边界模型
4.6.2 不排水条件下的柔性边界模型
4.7 PFC3D数值试样的加载方式
4.7.1 剪切压缩加载
4.7.2 循环加载
4.8 数据记录
4.9 PFC3D细观模型参数确定
4.9.1 砂土接触刚度
4.9.2 膜颗粒接触刚度
4.9.3 颗粒阻尼
4.9.4 细观参数确定
4.10 本章小结
第5章 柔性边界条件下的常规三轴PFC3D数值模拟结果及其对比
5.1 概述
5.2 排水条件下应力应变对比关系
5.3 体应变对比关系
5.4 砂土剪切破坏过程中的位移场和接触力链
5.5 本章小结
第6章 柔性边界条件下的循环动三轴PFC3D数值模拟结果及其对比
6.1 概述
6.2 应力应变关系
6.3 孔隙水压的发展
6.4 配位数的变化
6.5 本章小结
第7章 柔性边界条件下的动真三轴PFC3D数值模拟结果及其对比
7.1 概述
7.2 真三轴应力状态土的力学特性关系式
7.3 真三轴模型的建立
7.3.1 PFC3D真三轴数值试样尺寸确定及颗粒模型的生成
7.3.2 真三轴模型的围压施加及加载
7.4 静真三轴模拟及中间主应力影响系数的确定
7.5 动真三轴应力应变关系
7.6 孔隙水压对比关系
7.7 配位数变化
7.8 本章小结
第8章 地铁单、双隧道的PFC3D数值模拟研究
8.1 概述
8.2 工程概况
8.3 单隧道模型
8.3.1 单隧道模型建立
8.3.2 单隧道运营时砂土位移场和速度场
8.3.3 单隧道运营时砂土的力学特性
8.4 双隧道模型
8.4.1 双隧道模型建立
8.4.2 双隧道运营时砂土位移场和速度场
8.4.3 双隧道运营时砂土的力学特性
8.5 本章小结
第9章 结论与展望
9.1 结论
9.2 展望
致谢
参考文献
附录A 常规三轴试验程序框图
附录B 循环动三轴试验程序框图
附录C 循环动静、真三轴试验程序框图
附录D 南昌地铁单隧道运营程序框图
附录E 南昌地铁单隧道运营程序框图
本文编号：3944719
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