考虑缩尺效应的粗粒料湿化变形特性颗粒流数值模拟研究

发布时间：2017-11-13 22:22

本文关键词：考虑缩尺效应的粗粒料湿化变形特性颗粒流数值模拟研究

【摘要】：近年来,随着我国土石坝工程的迅速发展,粗粒料作为土石坝的主要填筑材料,其工程性质变得尤为重要。由于粗粒料颗粒粒径一般较大,现有大型试验仪器无法满足对原型材料进行力学试验的要求,需要对原型材料级配进行缩尺,近似研究原型材料的物理力学性质,因缩尺引起的试验值和实际值中的差异目前很难把握。同时,坝体堆石料的粗粒料浸水变形以及干湿循环变形问题一直没有得到很好的解决。考虑到室内试验成本较高,本文采用PFC颗粒流程序,对粗粒料的三轴缩尺试验和湿化试验进行了数值模拟,研究了粗粒料的缩尺效应以及考虑缩尺影响的湿化变形特性。首先,采用PFC常规BPM模型,通过粗粒料三轴试验数值模拟,研究数值模型细观参数与粗粒料宏观特性的响应关系。结果表明,摩擦系数、黏结参数与试样峰值剪切强度呈正相关；颗粒弹性模量、摩擦系数、切向接触黏结力、平行黏结刚度与试样变形模量呈正相关,颗粒法向切向刚度比、孔隙率、法向接触黏结力、平行黏结强度与试样变形模量呈负相关；颗粒弹性模量、颗粒法向切向刚度比、孔隙率、法向接触黏结力、平行黏结强度与试样泊松比呈正相关,摩擦系数、切向接触黏结力、平行黏结刚度与试样泊松比呈负相关。其次,针对已有试验数据,采用PFC常规模型和引入CLUSTER颗粒模型,开展粗粒料的三轴缩尺试验数值模拟,研究缩尺方法对粗粒料强度变形特性的影响。结果表明,数值模拟的体变曲线与试验差异较大,引入CLUSTER颗粒的数值模拟应力应变曲线与试验较吻合,其相似级配法的峰值强度最大,等量替代法的最小,混合法和剔除法的介于两者之间。采用CLUSTER模型,研究了试样最大粒径与数值模型标定的细观参数之间的关系,指出随着试样最大粒径的增大,标定的颗粒弹性模量增大,增幅逐渐减小,接触黏结参数线性增大。基于上述关系,通过小尺寸试样的室内试验,采用数值模拟研究超出试验仪器尺寸试样的强度。最后,采用PFC程序,通过粗粒料的单线法和双线法湿化试验数值模拟,得到了不同缩尺方法的湿化变形量,探讨了考虑缩尺效应的湿化变形特性,结果表明：单线法计算得到的湿化变形量明显大于双线法的,湿化变形量整体上随着围压的增大而增大。相似级配法缩制试样的轴向湿化变形最大,等量替代法的最小,混合法和剔除法的位于两者之间。随着试样最大粒径的增大,其湿化变形量均逐渐增大。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV41

【参考文献】

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