[发明专利]级配碎石动态模量数值测定方法

说明书

技术领域

本发明属于碎石基层力学参数测试领域。

背景技术

岩土工程中最先引进三轴试验分析岩土力学问题，并通过试验结果证明了这一原理的正确性。现在三轴试验原理已经得到了广泛的推广，在许多领域中得到了应用。但三轴试验需要依赖昂贵的仪器设备，试验成本很高。使用离散元方法可以真实地模拟三轴试验，极大地节省了试验成本和时间。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种级配碎石动态模量数值测定方法，该方法可以节省成本和时间。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种级配碎石动态模量数值测定方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：生成级配碎石二维离散元试样；

步骤2：选择级配碎石二维离散元试样的接触本构模型和初始微观参数；

步骤3：根据实验结果修正微观参数；

步骤4：模拟级配碎石三轴试验；

步骤5：根据三轴试验结果计算动态模量。

优选的，所述步骤1中只生成大于1.18mm的级配碎石颗粒。

优选的，所述步骤2中级配碎石二维离散元试样采用线性刚度接触模型、滑动模型和点连接模型。

优选的，所述步骤4中三轴试验采用的荷载为正弦轴向压应力。

有益效果：本发明可以模拟级配碎石的三轴试验，并根据三轴试验模拟结果计算动态模量，极大地节省了试验成本和时间。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明。

本发明提供的级配碎石动态模量数值测定方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：生成级配碎石二维离散元试样；

步骤2：选择级配碎石二维离散元试样的接触本构模型和初始微观参数；

步骤3：根据实验结果修正微观参数；

步骤4：模拟级配碎石三轴试验；

步骤5：根据三轴试验结果计算动态模量。

所述步骤1中只生成大于1.18mm的级配碎石颗粒。

所述步骤2中级配碎石二维离散元试样采用线性刚度接触模型、滑动模型和点连接模型。

所述步骤4中三轴试验采用的荷载为正弦轴向压应力。

1.生成级配碎石二维离散元试样

在给定试件的高度、宽度、初始孔隙率、以及颗粒的最大和最小半径的基础上生成级配碎石离散元试件。首先计算每组级配需要生成的颗粒数量；然后按照给定的缩放比例控制系数缩小每个颗粒的半径，在试件规定的区域内按照缩小后的半径生成基本颗粒，颗粒生成后再放大颗粒的半径；最后消除试件内部的不平衡力。

考虑到粒径0.075mm—1.18mm的级配碎石在试件成型时主要起到粘结作用，在生成试件时，粒径小于1.18mm的各档碎石不予生成而是添加一个粘结力来等效代替。并且将各档级配碎石的重量比直接等效为各档级配碎石的面积比，这在一定程度上和实际情况有所差别，但不影响数值模拟的精度。

2.选择接触本构模型和初始微观参数

级配碎石离散元试件采用接触刚度模型中的线性接触模型、滑动模型和点连接模型。模型微观参数有颗粒的法向刚度、颗粒的切向刚度、颗粒与颗粒间的摩擦系数、法向连接强度和切向连接强度。

3.根据一组实验结果修正微观参数

根据级配碎石三轴试验中的轴向应变曲线（也可以为其他类似试验结果）修正微观参数。模拟三轴试验并提取同样结果，对比试验结果和模拟结果。如果两组结果吻合的较好，则可以使用这组微观参数，否则调整微观参数重新计算，直到两组结果大致吻合为止。

4.模拟级配碎石三轴试验

通过调整试样侧面墙体的速度对试样施加恒定的围压。在离散元程序中编写代码实现正弦荷载。通过伺服控制机制把需要施加的轴向正弦波荷载转化为速度施加到墙体上，并且实时对比应力误差和调整墙体速度。在加载过程中，记录轴向应力—应变曲线。

5.根据三轴试验结果计算动态模量

设施加的正弦荷载的振幅为σ₀，由正弦荷载产生的正弦轴向应变的振幅为ε₀，则级配碎石的动态模量可由下式计算：