[发明专利]一种岩土三轴试验柔性薄膜边界的离散元模拟方法

权利要求书

1.一种岩土三轴试验柔性薄膜边界的离散元模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S 1、制样容器建模；

制样容器模型包括上加载板、下加载板和侧向刚性墙体；

S2、岩土体样品的建模；

在制样容器内生成土体颗粒样品，基于离散元伺服原理，以制样容器为伺服墙体，将三轴试样加载到预定的应力状态；

S3、根据试验中所用薄膜的弹性模量、泊松比和薄膜厚度，计算构建薄膜模型所需的薄膜颗粒的细观参数：

其中：K_n和K_s分别为薄膜颗粒的法向刚度和切向刚度；E，ν和t分别为试验薄膜的弹性模量，泊松比和厚度；

S4、删除制样容器模型中侧向刚性墙体，将薄膜颗粒以六边形排列形式单层附着在岩土体样品的外围，薄膜颗粒间采用线性粘结模型粘连，进而完成六边形蜂窝结构的圆筒形薄膜模型的构建，将薄膜模型的两端分别固定在上加载板和下加载板上，至此完成三轴试验离散元模型的建立；

S5、施加静水围压；

S6、记录三轴加载过程中的体积应变；

S7、沿轴向实施应变式加载。

2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下步骤：

1)将薄膜颗粒的速度固定为0；

2)计算整个离散元模型，并迭代至模型平衡，对所有岩土试样颗粒速度清零；

3)施加作用力到薄膜颗粒上，对于六边形颗粒排列来说，整个颗粒薄膜可以看作一系列三角形网络构成，每个三角形单元上承受的静水围压，都被构成此三角形单元上的三个颗粒均匀承担，计算作用于每个颗粒上的等效静水围压作用力F⁰；

4)释放位于上下加载板之间的薄膜颗粒速度；

5)将模型迭代计算至平衡状态。

3.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，施加静水围压时，每个薄膜颗粒上所受的等效静水作用力的大小，其计算公式为：

其中：σ_static为静水围压的大小；n_i是第i个单元的外法线方向，S_i为第i个单元的面积。

4.根据权利要求3所述的模拟方法，其特征在于，三轴试样在加载过程的体积，按如下公式计算：

其中：V_s为试样体积，S为颗粒薄膜与上下加载板所形成封闭空间的表面，S_i为第i个三角形单元的面积，x₁⁽ⁱ⁾为第i个三角形单元中心在x轴方向上的坐标值，n₁⁽ⁱ⁾为第i个三角形单元外法线方向与x轴的方向余弦。

5.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，施加静水围压时，每隔一定时步更新每颗薄膜颗粒应分配得到的等效静水作用力。

6.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，薄膜模型的内半径为薄膜颗粒半径的35-100倍。