[发明专利]砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法和设备

权利要求书

1.一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，所述颗粒离散元仿真方法包括：

基于室内土工试验标定仿真试验所需的细观参数；

根据普朗特地基承载力理论确定地基模型的尺寸；

基于标定的细观参数，根据地基土的颗粒级配、相对密度和确定的地基模型的尺寸构建地基模型；

采用半无限空间体假设对所述地基模型进行简化；

对简化后的地基模型分别逐级施加垂直荷载和倾斜荷载，当所述地基模型在每一级荷载作用下满足给定的稳定状态判别标准时，记录每一次地基产生的沉降量，直至地基模型在逐级加载过程中发生破坏，停止试验。

2.如权利要求1所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，基于室内土工试验标定仿真试验所需的细观参数包括步骤：

采集砂性地基土，对所述砂性地基土开展筛分试验、相对密度试验、堆积角试验、侧限压缩试验和直剪试验，获取所述砂性地基土的颗粒级配、极限密度、休止角、压缩特性曲线、剪切过程中的剪应力和法向位移曲线；

采用颗粒离散元软件PFC对所述砂性地基土的室内土工试验进行仿真，包括仿真相对密度试验、仿真堆积角试验、仿真侧限压缩和直剪试验，通过反复调整细观参数，使仿真试验获取的仿真休止角、仿真压缩特性曲线、仿真直剪试验过程中的剪应力和法向位移曲线与室内土工试验获取的一致，则完成仿真试验的细观参数标定。

3.如权利要求1所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，根据普朗特地基承载力理论确定地基模型的尺寸包括步骤：

根据普朗特地理承载力理论，在已知基础宽度和地基土内摩擦角的情况下，计算地基破裂带的长度和深度信息，以此作为地基模型的最小尺寸。

4.如权利要求1所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，基于标定的细观参数，根据地基土的颗粒级配和相对密度构建地基模型包括步骤：

在确定好地基模型的尺寸后，采用标定好的细观参数，根据地基土的颗粒级配和相对密度，基于颗粒离散元软件PFC构建地基模型。

5.如权利要求1所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，采用半无限空间体假设对模型进行简化包括步骤：

采用墙体或块体作为仿真基础，所述仿真基础和地基模型关于中轴面对称，取基础和地基模型的一半进行简化。

6.如权利要求1所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，对地基模型逐级施加垂直荷载包括步骤：

通过伺服控制，在所述仿真地基模型表面施加恒定应力以模拟基础的埋深，应力的大小按照指定埋深处砂性土的自重应力计算；

对于逐级施加的垂直荷载，每一级垂直荷载的增量为预设阈值范围内的荷载值；

改变基础宽度时，所述仿真地基模型的尺寸需要根据普朗特地基承载力理论重新计算。

7.如权利要求1所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，对地基模型逐级施加倾斜荷载包括步骤：

采用相互嵌套法，将薄层状块体嵌套在地基底部，然后在薄层状块体上施加倾斜方向的荷载，以使倾斜方向的荷载作用点的位置接近地基与基础的接触面，其中，每一级倾斜荷载的增量为预设阈值范围内的荷载值。

8.如权利要求1所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，所述地基模型处于稳定状态的判别标准为：

仿真地基中所有颗粒不平衡力的平均值与粒间接触力的平均值之比小于阈值1×10^-6。

9.如权利要求6或7所述的一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，其特征在于，所述预设阈值范围为0至20kPa。

10.一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真设备，所述颗粒离散元仿真设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的针对砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真程序，所述针对砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法的步骤。