[发明专利]随机颗粒垫层上土工膜局部变形三维仿真模型建立方法

摘要

本发明公开了一种随机颗粒垫层上土工膜局部变形三维仿真模型建立方法，步骤1，绘制颗粒垫层区域；步骤2，确定垫层区域中不同粒径圆球颗粒的个数；步骤3，随机生成最大粒径为d1的球；步骤4，随机生成d2、d3、…、dn粒径的球；步骤5，生成随机颗粒垫层；步骤6，生成土工膜和步骤7，土工膜局部变形计算与破坏判定。本发明能使三维仿真模型建立速度快，计算工作量小，随机垫层颗粒的模拟效果更为逼真，颗粒垫层与土工膜之间的接触更接近真实状态，土工膜的局部变形计算结果更为准确，计算与判定结果对指导土工膜上覆荷载大小、土工膜厚度以及颗粒粒径级配的合理选择具有重要的科学研究意义和工程应用价值。

主权项

1.一种随机颗粒垫层上土工膜局部变形三维仿真模型建立方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，绘制颗粒垫层区域：在xoy平面内绘制水平放置且边长为L的正方形，并以正方形的中心为原点，以过原点且平行于正方形相邻两边的直线为x轴和y轴，以过原点且垂直于x、y轴的直线为z轴，建立xyz坐标系；步骤2，确定垫层区域中不同粒径圆球颗粒的个数，包括如下步骤：步骤21，确定圆球颗粒粒径和每种粒径所占质量百分比：颗粒垫层中的随机颗粒通过圆球模拟，根据垫层颗粒材料的级配曲线，获得不同圆球颗粒粒径和每种粒径所占的质量百分比；步骤22，确定不同粒径圆球颗粒的个数：根据步骤21中确定的每种粒径所占质量百分比可求得不同粒径圆球颗粒的个数；假设不同圆球颗粒粒径从大到小依次为d₁、d₂、…、d_n，每种粒径对应圆球的个数依次为N₁、N₂、…、N_n，则圆球个数的计算公式如下：其中，N_i为第i种粒径颗粒对应圆球的个数；L为正方形的边长；p_i为第i种粒径颗粒所占的质量百分比；d_i为第i种粒径颗粒的粒径；步骤3，随机生成最大粒径为d₁的球，包括如下步骤：步骤31，随机生成第一个d₁粒径的球：在步骤1绘制的颗粒垫层区域内，先随机生成第一个d₁粒径的球心坐标[x₁,y₁,0]，并使x₁和y₁均在[(‑L+d₁)/2,(L‑d₁)/2]内，否则，重新生成球心坐标；步骤32，划分边长为d₁的正方形区域网格：作步骤31生成的d₁粒径球的x向和y向四条切线，以d₁粒径为边长向四周划分网格，网格的总数为将d₁粒径球的周围每一个网格编号并计算每个网格中心点的坐标；步骤33，随机生成第二个d₁粒径的球：随机选取一个步骤32中的网格编号，在选取的网格内随机生成第二个d₁粒径球的球心坐标，并使第二个d₁粒径球的球心的x坐标或y坐标均在[(‑L+d₁)/2,(L‑d₁)/2]内，且任意两球之间无重叠；否则重复步骤33；步骤34，随机生成剩余d₁粒径的球：重复步骤33，直至第N₁个d₁粒径的球全部随机生成；步骤4，随机生成d₂、d₃、…、d_n粒径的球：将步骤3中粒径d₁的球依次更换为d₂、d₃、…、d_n粒径的球，重复步骤31至步骤34，即可随机生成d₂、d₃、…、d_n粒径的球；步骤5，生成随机颗粒垫层：将N₂个d₂粒径的球沿z轴向上平移(d₁‑d₂)/2，将N₃个d₃粒径的球沿z轴向上平移(d₁‑d₃)/2，依此类推，将N_n个d_n粒径的球沿z轴向上平移(d₁‑d_n)/2，使d₁、d₂、…、d_n粒径球的顶部均保持平齐；步骤6，生成土工膜：在d₁粒径球心所在平面正上方d₁/2处，生成与边长为L的正方形区域大小相同的平面，将生成的平面沿z轴向上拖放h厚度，其中，h为土工膜厚度，即得土工膜；随机颗粒垫层和土工膜共同构成三维仿真模型。