[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

说明书

本发明提供了一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，特别适用于颗粒较粗的粗砂和砾砂等砂性土地基。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、相对密度和确定的模型尺寸构建地基模型，采用半无限空间体假设对模型进行简化，基于对地基模型逐级施加定向荷载，包括垂直荷载和倾斜荷载，在给定的稳定性判别标准下，记录每一级荷载作用下地基产生的沉降量，直至地基模型在逐级加载过程中发生破坏，停止试验。提出的砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法不但具有学术研究价值，而且具有可观的经济效益。

技术领域

本发明涉及砂性土地基平板载荷试验领域。具体涉及一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法和设备。

背景技术

目前，工程中获取砂性土地基承载力的方法主要采用触探或平板载荷等原位试验。对于触探(静探或动探)方法而言，承载力与锥尖阻力或锤击次数的经验关系决定着测试结果的准确性，不同类型的砂性土对应着不同的经验公式，在测试之前需要重新标定经验公式，既费时又费力；另外，由于砂性土的力学性质具有较大的离散性，且承载力对锥尖阻力或锤击次数比较敏感，经验公式对承载力的预测往往不够精确。采用平板载荷试验虽然可以较准确地获取砂性土地基的承载力，但是该试验成本较高，且比较费时。采用有限元法虽然可以实现平板载荷试验的仿真，然而，对于砂性土而言，由于其本构关系复杂，且不同类型的砂性土本构关系不尽相同，因此很难准确地仿真平板载荷试验。

发明内容

本发明解决的一个主要问题是现有有限元数值模拟方法难以准确仿真本构关系复杂的砂性土的地基平板载荷试验的问题。

本发明公开一种砂性土地基平板载荷试验的颗粒离散元仿真方法，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，在给定的所述地基模型处于稳定状态的判别标准下，记录每一级荷载作用下地基产生的沉降量，直至地基模型在逐级加载过程中发生破坏，停止试验。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，采用半无限空间体对模型进行简化包括步骤：