格栅加筋砂土拉拔试验界面特性的离散元模拟

发布时间：2019-10-03 05:54

【摘要】：采用二维颗粒流程序PFC2D建立格栅加筋砂土的格栅拉拔试验数值分析模型,分析了格栅拉拔过程中位移场、接触力、孔隙率、配位数等参数的变化规律.根据剪切带厚度将试样划分成四个区域,通过开发细观组构统计程序记录格栅拉拔过程中各区域砂土细观组构演化,探讨砂土颗粒的接触法向、接触力分量的各向异性演化规律及其与试样宏观抗剪强度之间的关系.研究结果表明:拉拔试验过程中,剪切带内平均法向接触力增大,切向接触力减小.剪切带内砂土抗剪强度受控于法向接触力及其各向异性的变化,拉拔过程中,砂土颗粒间法向接触力各向异性主方向的变化与大主应力的方向相一致.
【图文】：

双轴试验,砂土,模拟结果,格栅

筋机理．１建模与参数选取１．１砂土细观参数本研究基于文献［７］的室内格栅拉拔试验，其中法向应力为４９ｋＰａ，试验模型基本尺寸及其他相关参数详见文献［７］．砂土采用圆盘颗粒模拟，颗粒与颗粒、墙体间接触特性采用线性接触模型．其细观参数：法向接触刚度ｋｎ＝７５ＭＮ·ｍ－１，切向接触刚度ｋｓ＝６２．５ＭＮ·ｍ－１，颗粒密度ρ＝２６４０ｋｇ·ｍ－２，摩擦系数μ＝０．５，初始孔隙率Ｐ０＝１６．０％．双轴试验模拟结果如图１所示．模拟所得砂土为内摩擦图１砂土双轴试验模拟结果角接近３０°的密砂，与文献［７］所用的砂样基本相同．１．２格栅细观参数格栅采用平行黏结模型模拟，其细观参数根据“公路工程土工合成材料试验规程”进行格栅拉伸确定［８］，试验过程中记录的格栅拉伸曲线如图２所示，格栅的拉伸力－应变（Ｔ－ε）曲线呈线性增长，当应变小于６％时，数值模拟结果与试验数据基本一致．本文研究格栅拉拔应变小于５％，故所选格栅参数基本可以反映格栅拉伸特性，格栅细观参数：ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３，格栅颗粒粒径ｄ＝２．０ｍｍ，ｋｎ＝１０ＭＮ·ｍ－１，ｋｓ＝１０ＭＮ·ｍ－１，法向黏结刚度Ｋｎｐ＝４ＧＮ·ｍ－３，切向黏结刚度Ｋｓｐ＝４ＧＮ·ｍ－３，μ＝０．２３．图２格栅拉伸结果与试验曲线比较１．３格栅拉拔与模型验证根据文献［７］的模型试验建立颗粒流数值模型．砂土试样按重力沉积法生成，并在规定位置设置格栅，试验过程采用伺服机制施加４９ｋＰａ法

格栅,拉拔,模型验证,试验曲线

７５ＭＮ·ｍ－１，切向接触刚度ｋｓ＝６２．５ＭＮ·ｍ－１，颗粒密度ρ＝２６４０ｋｇ·ｍ－２，，摩擦系数μ＝０．５，初始孔隙率Ｐ０＝１６．０％．双轴试验模拟结果如图１所示．模拟所得砂土为内摩擦图１砂土双轴试验模拟结果角接近３０°的密砂，与文献［７］所用的砂样基本相同．１．２格栅细观参数格栅采用平行黏结模型模拟，其细观参数根据“公路工程土工合成材料试验规程”进行格栅拉伸确定［８］，试验过程中记录的格栅拉伸曲线如图２所示，格栅的拉伸力－应变（Ｔ－ε）曲线呈线性增长，当应变小于６％时，数值模拟结果与试验数据基本一致．本文研究格栅拉拔应变小于５％，故所选格栅参数基本可以反映格栅拉伸特性，格栅细观参数：ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３，格栅颗粒粒径ｄ＝２．０ｍｍ，ｋｎ＝１０ＭＮ·ｍ－１，ｋｓ＝１０ＭＮ·ｍ－１，法向黏结刚度Ｋｎｐ＝４ＧＮ·ｍ－３，切向黏结刚度Ｋｓｐ＝４ＧＮ·ｍ－３，μ＝０．２３．图２格栅拉伸结果与试验曲线比较１．３格栅拉拔与模型验证根据文献［７］的模型试验建立颗粒流数值模型．砂土试样按重力沉积法生成，并在规定位置设置格栅，试验过程采用伺服机制施加４９ｋＰａ法向应力．拉拔力Ｆ与拉拔位移ｕ关系如图３所示，Ｆ随ｕ的增大而增大且增幅呈减小趋势，当ｕ超过１０ｍｍ时，Ｆ趋于稳定．模拟结果与试验数据基本一致，验证了本文所用模型及其参数的合理性．图３格栅拉拔力－拉拔位移关系曲线·１０５第·８期郑
【作者单位】：华中科技大学土木工程与力学学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51278216) 山西省交通建设科技项目(11-2-05) 华中科技大学研究生创新创业基金资助项目(HF-11-13-2013)
【分类号】：TU411

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