[发明专利]一种级配碎石抗压强度数值试验方法

摘要

本发明公开了一种级配碎石抗压强度数值试验方法，通过建立物理模型，进行级配碎石抗压强度试验的模拟，包括基本参数的测试，抗压强度试模、虚拟试件、抗压强度加载板等的模拟生成，赋予物理模型微力学参数，抗压强度试验加载过程的模拟，模拟结果整理得到模拟压板接触力与压缩位移的关系曲线，通过获取该曲线峰值计算得到级配碎石抗压强度。该方法可快速准确地预测级配碎石抗压强度值、再现级配碎石承受压缩荷载时的力学变化规律。

主权项

一种级配碎石抗压强度数值试验方法，其特征在于，按照以下步骤进行：（1）物理模型的构建①基本参数的测试：测定集料密度，确定集料级配及级配碎石最大干密度；②试模的模拟：利用PFC^2D内置命令“wall”生成两片长度为H的竖直墙体和一片长度为D的水平墙体组成开口向上的半封闭矩形以模拟试模；③级配碎石的生成：根据集料密度、压实度、试件尺寸、集料级配和最大干密度计算第i种规格集料的二维映射面积S_i，见式（I），利用PFC^2D内置命令“ball”在模拟试模中生成颗粒，并使之符合第i种规格集料的规格要求，当生成颗粒的总面积达到S_i时，停止颗粒生成；$S_i=\frac{{\mathrm{dhKP}}_i}{{\mathrm{\ρ}}_i}{\mathrm{\ρ}}_{\max }---\left(I\right)$式中：ρ_max：最大干密度，g/cm³；d：试件直径，cm；h：试件高度，cm；K：压实度，%；P_i：第i种规格集料的分计筛余百分率，%，i为大于0的自然数；ρ_i：第i种规格集料的密度，g/cm³，i为大于0的自然数；按上述方法依次生成各规格集料颗粒；④虚拟试件的生成：利用PFC^2D内置命令“wall”生成长度为D的墙体以模拟压板。模拟压板以速度V竖直向下推动模拟试模内的集料颗粒，直至运算步数达到n为止，利用PFC^2D内置命令“delete”删除两片长度为H的竖直墙体，n按式（II）计算；$n=\frac{L}{{\mathrm{Vd}}_t}=\frac{H-h}{{\mathrm{Vd}}_t}---\left(\mathrm{II}\right)$式中：n：运算步数，step；L：模拟压板移动距离，cm；V：模拟压板移动速度，cm/s；d_t：时间步长，s/step；H：试模高度，cm；h：试件高度，cm（2）微力学参数的输入利用PFC^2D内置命令“prop”赋予级配碎石物理模型以微力学参数，包括泊松比ν、剪切模量G和摩擦系数μ，微力学参数可通过级配碎石抗压强度室内试验结果反算获取；（3）抗压强度试验加载过程的模拟与结果整理①抗压强度试验加载过程的模拟：以恒定速度竖直向下推动模拟压板，并记录每个计算时步内模拟压板的压缩位移和接触力，整理得到接触力～压缩位移的关系曲线，并从该曲线中读取接触力峰值，按式（III）计算级配碎石的抗压强度值；计算模拟试件所受到的压缩应力，并整理得到接触力～压缩位移的关系曲线；$\mathrm{\σ}=\frac{f}{D}\×{10}^{-3}---\left(\mathrm{III}\right)$式中：σ：虚拟试件的抗压强度，MPa；f：模拟压板的接触力峰值，KN；D：模拟压板的长度，m；②结果整理：从接触力～压缩位移曲线中读取接触力峰值，其即为级配碎石抗压强度值。