冻结砂土力学性质的离散元模拟
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言随着计算机技术的发展，数值模拟方法在土力学和岩土工程领域的应用日益广泛。
本文着重介绍了一种基于离散元方法的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟方法。
通过该方法，可以有效地模拟出冻结黏土在三轴压缩条件下的力学行为和变形特性，为土力学研究和工程实践提供重要的理论依据和参考。
二、离散元方法概述离散元方法是一种基于颗粒离散性的数值模拟方法，适用于模拟颗粒材料在外部荷载作用下的变形、流动、破碎等过程。
与传统的连续介质模型相比，离散元方法能更准确地描述非均匀介质在多尺度条件下的物理过程，尤其在研究材料的动态特性和多相材料相互作用方面具有显著优势。
三、冻结黏土三轴压缩试验概述三轴压缩试验是研究土体力学性质的重要手段之一，可以有效地反映土体在不同围压和轴向压力作用下的应力-应变关系。
在冻结黏土的三轴压缩试验中，由于黏土的特殊性质，其变形和破坏过程具有明显的各向异性和非线性特征。
因此，对冻结黏土的三轴压缩试验进行数值模拟具有重要的研究价值。
四、基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟1. 模型建立根据实际三轴压缩试验的几何尺寸和边界条件，建立相应的离散元模型。
模型中应考虑颗粒的形状、大小、接触刚度等参数，以及颗粒间的相互作用力。
同时，为了反映冻结黏土的特殊性质，还需设置适当的材料参数和本构模型。
2. 初始条件与加载过程根据实际试验的初始条件，如温度、压力等，设置模型的初始状态。
然后按照试验的加载过程，逐步施加轴向压力和围压。
在加载过程中，应记录每个时间步的应力、应变等数据，以便后续分析。
3. 结果分析通过对模拟结果的分析，可以得出冻结黏土在三轴压缩条件下的应力-应变关系、破坏模式等重要信息。
同时，还可以通过对比模拟结果与实际试验结果，验证离散元模型的准确性和可靠性。
五、结论与展望基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟方法为研究土体在多尺度条件下的力学行为提供了新的思路和方法。
《土工实验离散元数值模拟》读书报告
《土工实验离散元数值模拟》读书报告作者以土的力学特性开篇，指出其对工程项目的顺利实施具有至关重要的影响，它的特性常通过土工试验进行测定。
然而常规土工试验周期长、耗时久、开销大，并且存在无法反映试样的内部受力情况及微观状态等弊端。
书中指出，离散元法是近年来解决非连续介质问题的数值方法，常被用于计算颗粒介质的接触受力问题。
此书重点介绍了采用离散元法模拟三轴试验测定颗粒介质抗剪强度的过程步骤，通过引入拉梅公式，很好地解决了圆柱形边界条件的伺服控制；同时还介绍了考虑土体应力状态与温度效应的静力触探试验离散元数值模拟。
研究表明，离散元法是模拟土工试验的有效手段。
当代，随着经济与社会的不断发展，大型土建工程建设项目，例如桥梁基础、地下空间，以及不断涌现的能源工程项目的快速发展。
土建工程项目的顺利实施离不开岩土参数的正确取值。
准确地确定岩土参数，不仅能够保证工程顺利进行，减少工程周期，还能降低工程造价，提高了经济效益。
这些优点显得参数的正确取值在各个工程项目之中尤为重要。
在现今的研究中，鉴于土体、岩石等都是离散体，因此，关于颗粒介质力学行为的研究越来越受到岩土行业的关注。
颗粒介质微观力学行为通常是由颗粒自身变形和颗粒排列变化产生的，而后者通常发生在外力的作用下，是由颗粒的相对位置发生移动造成的，因此，此类变形往往不可恢复。
颗粒介质在宏观上所表现出的力学性质很大程度上受到细观和微观结构的控制。
因此，从细微观尺度出发，结合颗粒材料理论，通过试验以及数值模拟的手段观测颗粒介质的应力应变，可以从根本上揭示土体受力变形机理，从而为岩土工程中出现的土体颗粒宏观力学行为问题给予科学的解释，并提出相应的有效解决办法，为岩土力学的深入研究提供新的角度。
作者以岩土工程实验为开篇讲述，提出岩土工程试验可分为室内试验和现场原位测试。
室内试验与原位试验各有其优点与缺点。
室内试验，顾名思义，即为实验室内进行的试验。
室内试验包括三轴剪切试验、直剪试验、无侧限压缩试验、击实试验、压缩固结试验等，主要用于测量土的压缩强度、抗剪强度、塑限、液限等参数。
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》一、引言在各类土工工程中，尤其是地铁工程，涉及了大量黏土的处理。
在许多情况下，为达到特定的工程要求，会使用人工冻结法与爆破技术相结合的施工方法。
这一技术对于理解并掌握人工冻结黏土的爆破特性显得尤为重要。
因此，本文通过数值模拟的方式，对人工冻结黏土的爆破特性进行了深入研究。
二、人工冻结黏土的概述人工冻结黏土是通过制冷技术将地下水降低到冰点以下，使黏土冻结并增强其稳定性的一种技术。
这种技术被广泛应用于各种工程中，如地铁隧道、地下商场等工程的施工。
然而，人工冻结黏土的物理性质与未冻结的黏土存在显著差异，尤其是其爆破特性。
因此，对人工冻结黏土的爆破特性进行深入研究具有重要的理论和实践意义。
三、数值模拟方法为了研究人工冻结黏土的爆破特性，本文采用了数值模拟的方法。
首先，我们建立了三维有限元模型，该模型能够模拟人工冻结黏土的物理性质和爆破过程。
然后，我们利用了先进的数值计算方法，如有限差分法、离散元法等，对模型进行了计算和分析。
四、模拟结果与分析1. 爆破压力与冻融循环的关系模拟结果显示，随着冻融循环次数的增加，人工冻结黏土的爆破压力呈现先增加后减小的趋势。
在一定的冻融循环次数下，黏土的爆破压力达到最大值。
这表明适当的冻融循环能够增强黏土的强度和稳定性。
2. 冻土爆破破坏模式在人工冻结黏土中实施爆破时，冻土的破坏模式主要呈现为拉裂破坏和剪切破坏两种模式。
其中，拉裂破坏主要发生在冻结区域的边缘和断裂面上；而剪切破坏则主要发生在炸药爆轰过程中产生的冲击波压力较大的区域。
这些破坏模式将直接影响工程的安全和稳定。
3. 数值模拟与实际工程的对比我们将数值模拟结果与实际工程进行了对比。
结果表明，数值模拟能够较好地反映人工冻结黏土的爆破特性和破坏模式。
这为实际工程提供了重要的理论依据和参考。
五、结论与展望本文通过数值模拟的方式对人工冻结黏土的爆破特性进行了深入研究。
结果表明，适当的冻融循环能够增强黏土的强度和稳定性；在冻土中实施爆破时，主要出现拉裂破坏和剪切破坏两种模式；数值模拟结果与实际工程具有较好的一致性。
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言在地质工程和岩土力学领域，对不同类型土壤的力学性能进行准确的研究是至关重要的。
特别是对于冻结黏土这类特殊的土壤类型，其三轴压缩试验的数值模拟研究对于理解其力学行为和工程应用具有重要意义。
本文旨在通过基于离散元的数值模拟方法，对冻结黏土的三轴压缩试验进行模拟分析，以期为相关研究提供参考。
二、离散元法概述离散元法是一种适用于颗粒材料和块体系统的数值模拟方法。
它通过将材料划分为离散的单元，并考虑单元间的相互作用力，从而模拟材料的力学行为。
在本文中，我们采用离散元法对冻结黏土的三轴压缩试验进行数值模拟。
三、模型建立与参数设定（一）模型建立在模拟过程中，我们建立了与实际三轴压缩试验相匹配的模型。
模型中包含了不同尺寸和排列的颗粒，以模拟真实土壤的结构特点。
同时，我们根据实际情况设定了边界条件和加载方式。
（二）参数设定在模拟过程中，我们设定了合理的参数，如颗粒间的接触刚度、摩擦系数、黏聚力等，以反映冻结黏土的力学特性。
此外，我们还考虑了温度对土壤力学性质的影响，通过设定不同的温度条件来模拟不同温度下的三轴压缩试验。
四、模拟结果与分析（一）模拟结果通过离散元法进行数值模拟，我们得到了冻结黏土在三轴压缩试验中的应力-应变曲线、位移场、应力场等结果。
这些结果可以直观地反映土壤的力学行为和变形特征。
（二）结果分析首先，我们对模拟得到的应力-应变曲线进行了分析。
通过对比不同温度条件下的曲线，我们发现随着温度的降低，土壤的抗剪强度和弹性模量均有所提高。
这表明在低温条件下，冻结黏土的力学性能有所增强。
其次，我们分析了位移场和应力场的分布情况。
通过观察颗粒的位移和应力分布，我们发现土壤在受压过程中出现了明显的塑性变形和应力集中现象。
这些现象与实际三轴压缩试验中的观察结果相吻合，进一步验证了离散元法在模拟冻结黏土三轴压缩试验中的有效性。
五、结论与展望通过基于离散元的数值模拟方法，我们对冻结黏土的三轴压缩试验进行了模拟分析。
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言在岩土工程领域，三轴压缩试验是研究土体行为和性能的重要手段。
随着计算机技术的发展，数值模拟在三轴压缩试验中得到了广泛应用。
对于特殊条件下的土体，如冻结黏土，其独特的力学特性使其数值模拟尤为关键。
本文基于离散元法对冻结黏土的三轴压缩试验进行数值模拟，以期更好地理解其力学行为和变形机制。
二、离散元法简介离散元法是一种计算力学方法，它基于牛顿第二定律来描述每个离散单元的运动状态和相互作用。
该方法适用于处理具有明显颗粒特性的材料，如岩石、土壤等。
在离散元法中，每个单元都具有独立的空间位置和运动状态，可以有效地模拟土体的力学行为和变形机制。
三、冻结黏土的三轴压缩试验数值模拟1. 模型建立本研究的数值模拟基于离散元法建立三维模型。
模型中，冻结黏土被离散为一系列的颗粒单元，并设定合理的参数，如颗粒间的接触模型、接触力、刚度等。
模型考虑了冻土的实际尺寸、密度和形状等物理特征。
2. 试验条件与参数设定本数值模拟主要针对冻结黏土的三轴压缩试验。
试验条件包括温度、压力、压缩速率等，均依据实际试验设定。
在模拟过程中，我们还需设定相应的离散元参数，如颗粒间的摩擦系数、接触刚度等。
3. 模拟过程与结果分析在模拟过程中，我们首先对模型进行初始化和预处理，然后施加三轴压缩力。
通过观察和分析颗粒的运动状态、接触力分布等数据，我们可以了解冻结黏土的力学行为和变形机制。
此外，我们还可以通过对比模拟结果与实际试验数据，验证模型的准确性和可靠性。
四、结果与讨论1. 模拟结果通过离散元法对冻结黏土的三轴压缩试验进行数值模拟，我们得到了丰富的数据和图像。
这些数据包括颗粒的运动轨迹、接触力分布等，图像则直观地展示了土体的变形过程和破坏模式。
2. 结果分析通过对模拟结果的分析，我们发现冻结黏土在三轴压缩过程中表现出明显的应力-应变关系。
随着压力的增加，土体逐渐发生变形和破坏。
此外，我们还发现颗粒间的相互作用力对土体的力学行为和变形机制具有重要影响。
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言随着计算机科学技术的不断进步，数值模拟已经成为研究土力学行为的重要手段。
特别是对于冻结黏土这类特殊土体，其实验条件和实际工程应用场景往往复杂多变，因此通过数值模拟手段进行研究具有重要的实践意义。
本篇论文旨在基于离散元法对冻结黏土的三轴压缩试验进行数值模拟，从而进一步揭示其力学性能及破坏模式。
二、离散元法概述离散元法是一种用于模拟非连续介质行为的数值方法，特别适用于模拟颗粒材料如土体等。
该方法通过引入“颗粒”这一基本单元来描述土体的宏观力学行为，通过分析颗粒间的相互作用和运动规律，进而得出土体的整体力学特性。
三、冻结黏土特性分析冻结黏土是一种特殊的土体类型，其物理力学性质与常规土体存在显著差异。
在三轴压缩试验中，冻结黏土表现出独特的应力-应变关系和破坏模式。
为了更准确地模拟其力学行为，需深入了解其微观结构、力学参数以及冻结过程中的相变规律。
四、模型建立与参数设定本研究采用离散元法建立冻结黏土的三轴压缩试验模型。
模型中，土体被离散为一系列的颗粒单元，每个颗粒单元具有一定的质量、尺寸、形状及力学参数。
根据实际三轴压缩试验条件，设定边界条件、加载方式及颗粒间的相互作用力等参数。
此外，还需根据实际试验结果对模型进行验证和修正，以确保模拟结果的准确性。
五、数值模拟结果与分析通过对模型进行三轴压缩试验的数值模拟，我们得到了冻结黏土的应力-应变曲线、破坏模式等结果。
与实际试验结果相比，数值模拟结果具有较高的吻合度，证明了离散元法在模拟冻结黏土三轴压缩试验中的有效性。
此外，我们还分析了不同因素（如温度、含水率等）对冻结黏土力学性能的影响，为实际工程应用提供了有益的参考。
六、结论与展望本研究基于离散元法对冻结黏土的三轴压缩试验进行了数值模拟，揭示了其力学性能及破坏模式。
通过对比分析数值模拟结果与实际试验结果，验证了离散元法在模拟冻结黏土三轴压缩试验中的有效性。
基于离散元法的土壤力学模拟与分析
基于离散元法的土壤力学模拟与分析土壤力学是研究土壤在外部荷载作用下的力学行为的学科。
近年来，随着计算机技术的发展，基于离散元法的土壤力学模拟与分析成为了研究土壤力学行为的重要方法之一。
本文将重点介绍离散元法在土壤力学模拟与分析中的应用。
离散元法是一种将物质系统离散成为多个互相作用的颗粒元素，通过模拟这些颗粒元素之间的相互作用来研究物质的力学行为的方法。
在土壤力学中，土壤可以看作是由颗粒元素组成的颗粒系统，颗粒之间的相互作用包括颗粒之间的接触力、摩擦力和滚动力等。
通过离散元法，可以对土壤力学行为进行详细的模拟分析，从而为土壤工程设计提供可靠的依据与参考。
首先，离散元法可以用于模拟土壤力学中的多颗粒系统。
土壤由颗粒元素组成，这些颗粒之间的接触力和摩擦力是土壤力学行为的主要影响因素之一。
通过离散元法，可以将土壤的颗粒元素离散为多个刚体颗粒，通过模拟这些颗粒之间的相互作用来研究土壤力学行为。
通过对颗粒之间的接触力和摩擦力的模拟，可以得到土壤的应力分布、变形特征等关键参数，为土壤工程设计提供依据。
其次，离散元法可以用于模拟土壤的局部破坏与失稳现象。
在土壤工程中，局部破坏与失稳是重要的问题之一。
通过离散元法，可以模拟出土壤颗粒的破裂与失稳过程，进而研究土壤的破坏机理与失稳机制。
通过模拟土壤的局部破坏与失稳现象，可以提前预测土壤的失稳风险，为土壤工程的设计与施工提供科学依据。
此外，离散元法还可以用于模拟土壤的动力响应与振动特性。
在震动环境下，土壤的动力响应与振动特性对土壤工程的稳定性和安全性具有重要影响。
通过离散元法，可以模拟土壤颗粒在动力荷载下的振动行为，研究土壤的动力响应与振动特性。
通过模拟土壤的动力响应与振动特性，可以评估土壤工程在地震等动力荷载下的稳定性，为土壤工程的设计与抗震防灾提供可靠的依据。
最后，离散元法还可以用于模拟土壤的渗流行为与孔隙水压力分布。
在水文地质工程中，土壤的渗透性是重要的土壤力学参数之一。
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言随着计算机技术的发展，数值模拟已经成为研究土力学性质的重要手段。
本文将通过离散元方法，对冻结黏土进行三轴压缩试验的数值模拟，以期更好地理解其力学性能及破坏机制。
通过这一研究，不仅可以为工程实践提供理论支持，也能为改进和完善土力学理论提供新的思路。
二、离散元方法概述离散元方法是一种以离散单元为基本单位的数值分析方法，它可以有效地模拟材料的破坏过程和力学行为。
在土力学领域，离散元方法被广泛应用于模拟土的剪切、压缩等行为。
该方法通过模拟土体中颗粒的相互作用，来研究土的宏观力学性质。
三、冻结黏土的三轴压缩试验三轴压缩试验是研究土体强度和变形特性的一种常用方法。
在试验中，通过施加侧向压力和垂直压力，模拟土体在复杂应力状态下的力学行为。
对于冻结黏土，其特殊的物理和化学性质使得其力学行为与一般土体有所不同，因此有必要对其进行更深入的数值模拟研究。
四、数值模拟过程在本研究中，我们采用了离散元方法对冻结黏土进行三轴压缩试验的数值模拟。
具体步骤如下：1. 构建模型：根据实际的三轴压缩试验设备，建立相应的离散元模型。
模型中包括土体颗粒、边界条件等。
2. 设定参数：根据实际试验数据和理论分析，设定离散元模型的参数，如颗粒的物理性质、相互作用力等。
3. 模拟过程：按照三轴压缩试验的步骤，逐步施加侧向压力和垂直压力，并记录每次施压后的应力、应变等数据。
4. 结果分析：根据模拟结果，分析冻结黏土在三轴压缩条件下的力学行为和破坏机制。
五、结果与讨论通过离散元方法的数值模拟，我们得到了冻结黏土在三轴压缩条件下的应力-应变曲线、破坏模式等结果。
与实际的三轴压缩试验结果相比，数值模拟结果具有较高的准确性。
这表明离散元方法可以有效地模拟冻结黏土的力学行为和破坏机制。
在数值模拟过程中，我们发现冻结黏土的破坏模式主要为剪切破坏和拉裂破坏。
其中，剪切破坏主要发生在土体的侧向边缘，而拉裂破坏则主要由于土体内部应力的不均匀分布导致。
砂土应变局部化细观特征的PFC离散元模拟研究
砂土应变局部化细观特征的PFC离散元模拟研究砂土应变局部化细观特征的PFC离散元模拟研究摘要：离散元方法作为一个基于颗粒间相互作用的数值分析方法，被广泛地用于土工领域中颗粒流动、土体变形及破坏等问题的研究中。
本文以PFC3D软件为平台，运用离散元方法对砂土试样的应力应变特性进行研究，其中，颗粒曲率、刚度及粘滞剪切模量等因素对砂土力学特性有着不可忽视的影响。
在单轴压缩试验过程中，通过分析颗粒应力链，研究不同的颗粒曲率及粘滞剪切模量对于应变局部化细观特征的影响。
研究发现，曲率较大的颗粒在压缩过程中容易产生应变局部化现象；随着粘滞剪切模量的增大，试样的应变局部化趋势变弱。
论文的研究成果将有利于深入了解颗粒间相互作用对土体宏观特性的影响，为土工领域中的相关问题提供理论依据和技术支持。
关键词：离散元方法；PFC；砂土；应变局部化；颗粒曲率；粘滞剪切模量。
Abstract: The discrete element method is widely usedin the study of particle flow, soil deformation and failure problems in geotechnical fields as a numerical analysis method based on inter-particle interactions. In this paper, the stress-strain characteristics of sand specimens were studied using the PFC3D softwareplatform and the discrete element method, in which factors such as particle curvature, stiffness and viscous shear modulus have an important influence on the mechanical properties of sand. In the process of uniaxial compression test, the influence of different particle curvatures and viscous shear moduli on the local strain localization characteristics was studied by analyzing the particle stress chain. The study found that particles with larger curvatures were prone to strain localization during compression, and the trend of strain localization weakened as the viscous shear modulus increased. The research results of this paper will be conducive to a deeper understanding of the influence of inter-particle interactions on the macroscopic properties of soils, and provide theoretical basis and technical support for relevant issues in the geotechnical field.Keywords: Discrete element method; PFC; Sand; Strain localization; Particle curvature; Viscous shear modulusSoil is a complex and heterogeneous material composed of a large number of particles, and their interactions play a crucial role in determining the macroscopic mechanical behavior of soil. In this study, the discrete element method (DEM) was used to investigatethe effect of inter-particle interactions on thestrain localization behavior of sand. Two factors, particle curvature and viscous shear modulus, were considered in the simulation.The results showed that particle curvature had a significant influence on the strain localization behavior of sand. When the particle curvature was relatively large, the force chains formed by particles were more homogeneously distributed and the strain was more uniformly distributed in the sample. However, when the particle curvature was small, the force chains were more irregularly distributed and the deformation tended to concentrate in certain regions, leading to strain localization.Furthermore, the viscous shear modulus of the inter-particle contact model was found to affect the strain localization behavior of sand. As the viscous shear modulus increased, the mechanical behavior of the sand became more viscous-like, and the trend of strain localization weakened. This was because the viscous interaction between particles inhibited the formation of force chains and prevented the concentrated deformation of the sample.In conclusion, the inter-particle interactions,including particle curvature and viscous shear modulus, played important roles in determining the strain localization behavior of sand. The DEM simulation results provided a better understanding of the micro-mechanism underlying the macroscopic behavior of soil, and would contribute to the development of more accurate and reliable geotechnical modelsAdditionally, the DEM simulation results also revealed the effect of confining pressure on the strain localization behavior of sand. At low confining pressures, the sand particles were able to reorient more easily, leading to a higher degree of anisotropy in the stress-strain response. This caused the formation of shear bands that were predominantly oriented in the direction of maximum compression. At high confining pressures, the inter-particle forces became more isotropic, which prevented the formationof shear bands and led to a more homogeneous deformation behavior.Moreover, the DEM simulation results highlighted the importance of particle size distribution indetermining the strain localization behavior of sand. In general, sands with a broader particle size distribution exhibited a higher tendency for strain localization due to the heterogeneity in inter-particle forces. On the other hand, sands with a narrower particle size distribution showed a more homogeneous deformation behavior, as the inter-particle forces were more uniform throughout the sample.The findings from this study have several implications for geotechnical engineering. Firstly, they provide insights into the factors that control the strain localization behavior of sand, which is important for predicting the failure mechanisms of soil structures such as slopes, tunnels and foundations. Secondly, the DEM simulation approach presented in this study can be used to optimize the design of granular materials for various engineering applications, such as pavement materials and backfill materials for retaining walls. Finally, the study highlights the need for further research on the micro-mechanics of soil deformation, particularly on the effects of inter-particle forces and particle size distribution on the macroscopic behavior of granular materials.In conclusion, the DEM simulation results presented in this study offer a valuable contribution to the understanding of the micro-mechanism underlying the strain localization behavior of sand. The study highlights the importance of inter-particleinteractions, confining pressure, and particle size distribution in controlling the macroscopic behavior of granular materials. This knowledge can be applied to various geotechnical engineering problems, and can help to improve the accuracy and reliability of geotechnical modelsIn addition to its geotechnical engineering applications, the findings of this study also have implications for the fields of geology and material science. The behavior of granular materials, such as sand, is fundamental to many geological processes, including landslides, earthquakes, and sediment transport. Understanding the micro-mechanisms underlying the strain localization behavior of sand can provide insights into these processes and help us better predict and mitigate their impacts.Moreover, the study contributes to our understanding of the mechanical behavior of other particulate materials, such as powders and colloids. Many industrial applications, including pharmaceuticals, food processing, and construction materials, involve the handling and processing of particulate materials. Knowledge of the behavior of these materials can help to improve efficiency, product quality, and safety in these industries.The insights gained from this study also havepotential implications for the development of advanced materials with specific mechanical properties. The control of inter-particle interactions and size distribution is critical for the design andfabrication of materials with tailored mechanical properties, such as strength, ductility, and toughness. The study highlights the importance of tuning these parameters to achieve desired material behaviorthrough the manipulation of the underlying micro-mechanisms.Overall, the results presented in this study provide valuable insights into the micro-mechanisms underlying the strain localization behavior of sand. Theseinsights have implications for a wide range of fields, including geotechnical engineering, geology, material science, and industrial applications. The study underscores the importance of understanding the behavior of particulate materials and the underlying micro-mechanisms that control their behavior to improve our ability to predict and control their mechanical propertiesIn conclusion, the study on strain localization in sand provides important insights into the micro-mechanisms that influence the behavior of particulate materials. This knowledge has significant implications for various fields, including geotechnical engineering, geology, material science, and industrial applications. By improving our understanding of these mechanisms, we can better predict and control the mechanical properties of these materials for more effective and efficient use in various applications。
《2024年基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言在岩土工程领域，三轴压缩试验是研究土体应力-应变特性的重要手段。
尤其对于冻结黏土这类特殊土体，其实验结果对于了解其力学性能和工程应用具有重要意义。
然而，传统的三轴压缩试验方法在实施过程中存在诸多限制，如实验成本高、操作复杂等。
因此，通过数值模拟方法对冻结黏土的三轴压缩试验进行模拟研究显得尤为重要。
本文将基于离散元方法，对冻结黏土的三轴压缩试验进行数值模拟，以期为相关研究提供参考。
二、离散元方法概述离散元方法是一种用于模拟非连续介质行为的数值方法，其基本思想是将介质划分为多个离散的单元，通过分析单元间的相互作用来模拟整体的行为。
在岩土工程领域，离散元方法被广泛应用于土体、岩石等非连续介质的力学行为研究。
三、冻结黏土三轴压缩试验数值模拟1. 模型建立在数值模拟中，首先需要建立冻结黏土的三轴压缩试验模型。
模型应包括土体的离散单元、边界条件、加载方式等。
在建立模型时，需根据实际试验条件进行参数设置，如土体的密度、弹性模量、内摩擦角等。
2. 数值模拟过程在模型建立完成后，需要进行数值模拟。
首先，对模型进行初始应力平衡，以模拟土体的原始应力状态。
然后，对模型施加三轴压缩荷载，模拟实际的三轴压缩试验过程。
在加载过程中，需记录土体的应力、应变等数据，以便后续分析。
3. 结果分析通过对数值模拟结果的分析，可以获得冻结黏土在三轴压缩条件下的应力-应变曲线、强度参数等。
将这些结果与实际试验结果进行对比，可以验证离散元方法在模拟冻结黏土三轴压缩试验中的有效性。
同时，还可以通过数值模拟方法探究不同因素（如温度、含水率等）对冻结黏土力学性能的影响。
四、讨论与结论通过基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟，我们可以得到以下结论：1. 离散元方法能够有效地模拟冻结黏土的三轴压缩试验过程，为相关研究提供了新的手段。
2. 通过数值模拟，我们可以获得冻结黏土的应力-应变曲线、强度参数等，为相关工程设计提供依据。
《2024年基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言随着计算机科学技术的进步，数值模拟已成为岩土工程研究领域中一种重要的实验手段。
尤其对于冻结黏土这类特殊地质材料，其物理性质与力学行为复杂多变，常规的实验方法往往难以准确反映其真实性能。
因此，本文基于离散元方法，对冻结黏土进行三轴压缩试验的数值模拟，旨在揭示其力学特性与破坏机制，为工程实践提供理论支持。
二、离散元方法概述离散元方法是一种用于模拟不连续介质行为的数值方法。
该方法通过将材料离散为一系列的粒子或元素，并考虑它们之间的相互作用力，从而模拟材料的变形和破坏过程。
在岩土工程领域，离散元方法被广泛应用于模拟土体、岩石等材料的力学行为。
三、冻结黏土的三轴压缩试验三轴压缩试验是一种常用的岩土力学实验方法，通过施加围压和轴向压力，模拟土体在三维空间中的应力状态。
对于冻结黏土而言，其三轴压缩试验更能反映出其特殊的力学性质和破坏模式。
然而，传统实验方法受到诸多限制，如成本高、周期长、难以重复等。
因此，通过数值模拟手段进行三轴压缩试验具有重要意义。
四、数值模拟方法与模型建立本文采用离散元方法进行冻结黏土的三轴压缩试验数值模拟。
首先，根据实际冻结黏土的物理性质和力学参数，建立离散元模型。
模型中，土体被离散为一系列的粒子，粒子之间的相互作用力通过弹簧-滑块系统进行模拟。
然后，在模型中施加围压和轴向压力，模拟三轴压缩试验的过程。
最后，通过观察和分析模型的变形和破坏过程，揭示冻结黏土的力学特性和破坏机制。
五、模拟结果与分析通过对离散元模型的数值模拟，我们得到了冻结黏土在三轴压缩试验下的应力-应变曲线、变形过程和破坏模式。
结果表明，冻结黏土在三轴压缩过程中表现出明显的非线性特征，随着压力的增大，土体逐渐发生变形和破坏。
此外，我们还发现冻结黏土的破坏模式与常规黏土有所不同，其破坏面更为复杂，呈现出一种多峰值的破坏特征。
六、结论与展望本文基于离散元方法对冻结黏土进行了三轴压缩试验的数值模拟，揭示了其力学特性和破坏机制。
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》一、引言在工程爆破领域，黏土因其特殊的物理性质常常给爆破工作带来诸多挑战。
近年来，随着工程建设的不断深入，人工冻结技术被广泛应用于黏土层的处理。
然而，人工冻结黏土的爆破特性研究尚处于初级阶段，其爆破过程涉及的物理、力学机制较为复杂。
因此，开展人工冻结黏土爆破特性的数值模拟研究具有重要的理论意义和实际价值。
二、研究背景及意义人工冻结技术通过降低黏土温度，使其达到冰点以下并形成冰体，从而增加土体的强度和稳定性。
在人工冻结黏土中实施爆破作业，需要对冰体和未冻结土体的相互作用、爆破能量的传递与分布、爆破振动对周围环境的影响等进行深入研究。
数值模拟作为一种有效的研究手段，可以直观地反映爆破过程中各种物理、力学现象的演变规律，为工程实践提供理论依据和指导。
三、研究内容与方法（一）研究内容本研究以人工冻结黏土为研究对象，通过数值模拟方法，重点研究以下内容：1. 人工冻结黏土的物理力学性质；2. 爆破过程中冰体与未冻结土体的相互作用；3. 爆破能量的传递与分布规律；4. 爆破振动对周围环境的影响。
（二）研究方法本研究采用数值模拟方法，具体包括：1. 建立人工冻结黏土的数值模型，包括冰体和未冻结土体的分布与特性；2. 通过有限元分析软件对模型进行仿真计算，分析爆破过程中各物理量的变化规律；3. 对不同因素（如冻结温度、爆破参数等）进行参数化分析，探讨其对爆破特性的影响；4. 将模拟结果与实际工程数据进行对比分析，验证模型的可靠性和实用性。
四、数值模拟结果与分析（一）人工冻结黏土的物理力学性质模拟结果通过数值模拟，我们得到了人工冻结黏土的物理力学性质参数，包括冰体和未冻结土体的弹性模量、强度等。
这些参数为后续的爆破特性分析提供了基础数据。
（二）冰体与未冻结土体的相互作用模拟结果在爆破过程中，冰体与未冻结土体之间存在相互作用。
通过数值模拟，我们观察到在爆破初期，冰体对未冻结土体产生一定的约束作用；随着爆破的进行，这种约束作用逐渐减弱，土体开始发生变形和破坏。
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》一、引言随着工程建设的不断发展，爆破技术在岩土工程中得到了广泛应用。
特别是在处理黏土等软土层时，爆破技术显得尤为重要。
然而，黏土的特殊性质使得爆破过程具有较大的不确定性。
因此，研究人工冻结黏土的爆破特性具有重要的工程价值和学术意义。
本文采用数值模拟的方法，对人工冻结黏土的爆破特性进行研究，旨在为实际工程提供理论依据和指导。
二、研究现状与意义近年来，国内外学者对黏土的爆破特性进行了广泛的研究。
然而，对于人工冻结黏土的爆破特性研究尚不够充分。
人工冻结技术是通过低温冷冻将土体中的水分冻结成冰，从而提高土体的强度和稳定性。
在冻结状态下，黏土的物理力学性质发生了显著变化，使得爆破过程更加复杂。
因此，开展人工冻结黏土的爆破特性研究具有重要的现实意义。
三、数值模拟方法与模型本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟。
首先，建立人工冻结黏土的三维模型，根据实际工程参数设置模型尺寸、材料属性等。
其次，在模型中引入炸药单元，设置合理的爆破参数，如炸药量、起爆位置等。
最后，利用ANSYS/LS-DYNA的显式动力学分析功能，对模型进行数值模拟。
四、模拟结果与分析1. 应力波传播规律在人工冻结黏土中爆炸时，应力波以爆源为中心向四周传播。
通过数值模拟，可以观察到应力波的传播过程和衰减规律。
在传播过程中，应力波的峰值逐渐减小，但传播距离较远时仍具有一定的能量。
这为实际工程中合理设置爆破参数提供了依据。
2. 破坏模式与破坏范围人工冻结黏土在爆炸作用下发生破坏，破坏模式和破坏范围是评价爆破效果的重要指标。
通过数值模拟，可以观察到黏土的破坏模式为拉裂破坏和剪切破坏。
同时，可以分析不同爆破参数对破坏范围的影响，为实际工程中的爆破设计提供参考。
3. 温度场变化规律人工冻结黏土在爆炸过程中会伴随着温度场的变化。
通过数值模拟，可以观察到温度场的分布和变化规律。
这有助于分析爆炸过程中冰与土的相互作用，以及温度变化对爆破效果的影响。
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》
《人工冻结黏土爆破特性数值模拟研究》篇一一、引言在岩土工程领域，黏土因其独特的物理和力学性质常被广泛研究。
然而，当黏土处于人工冻结状态时，其力学行为和爆破特性将发生显著变化。
为了更好地理解和掌握这一变化过程，本文通过数值模拟方法对人工冻结黏土的爆破特性进行了深入研究。
二、研究背景及意义随着城市化进程的加快，地下工程建设日益增多，黏土作为常见的土体类型，其工程性质的研究显得尤为重要。
人工冻结技术作为一种特殊的土体加固手段，在地铁、隧道等工程中得到了广泛应用。
然而，关于人工冻结黏土在爆破作用下的响应特性和破坏机理的研究尚不充分。
因此，开展人工冻结黏土爆破特性的数值模拟研究具有重要的理论价值和实际意义。
三、研究方法与模型建立本研究采用数值模拟软件，建立了一个三维有限元模型，用于模拟人工冻结黏土在爆破作用下的响应。
模型中考虑了黏土的冻融特性、力学性质以及爆破过程中的能量传递和耗散。
同时，为了更准确地反映实际工程情况，模型中还引入了地应力、地下水等因素的影响。
四、模拟结果与分析1. 人工冻结黏土的力学性质变化模拟结果显示，在人工冻结过程中，黏土的力学性质发生了显著变化。
冻融过程使黏土的强度和刚度增加，而韧性降低。
同时，冻融过程中还可能产生微裂纹和孔隙结构的变化，这些变化对黏土的爆破特性具有重要影响。
2. 爆破过程中的能量传递与耗散在爆破过程中，能量以冲击波的形式传递到人工冻结黏土中。
模拟结果表明，能量在传播过程中逐渐耗散，导致爆破效果随距离的增加而减弱。
此外，冻融过程中产生的微裂纹和孔隙结构对能量的传递和耗散具有显著影响，使得冻融黏土的爆破效果具有独特的特征。
3. 人工冻结黏土的爆破响应与破坏机理模拟结果表明，人工冻结黏土在爆破作用下的响应具有明显的各向异性特征。
由于冻融过程中产生的微裂纹和孔隙结构，使得冻融黏土在爆破过程中容易发生局部破坏和裂隙扩展。
此外，冻融过程中增加的强度和刚度使得冻融黏土在爆破过程中的响应更为复杂。
胶结型含可燃冰砂土剪切特性的离散元模拟
文章编号：1000-4750(2021)02-0044-08胶结型含可燃冰砂土剪切特性的离散元模拟王 璇，徐 明(清华大学土木工程系，北京 100084)摘 要：可燃冰是一种新型清洁能源，广泛分布于深海土体和常年冻土中，对其开采需要深入认识含可燃冰土体的力学特性。
该文提出了一种胶结型含可燃冰砂土离散元模型建立方法，并利用该模型完成了排水双轴剪切试验的模拟。
通过与前人试验数据对比，验证了该离散元模型的准确性，结合该模型分析了剪切过程中含可燃冰砂土的宏细观变化规律。
结果表明：砂土抗剪强度、应变软化特性及剪胀性均随可燃冰饱和度的增加而增加；可燃冰胶结断裂数量的演化与偏应力紧密相关，偏应力达到峰值时胶结断裂数量增长速率最快；剪切过程中剪切带内外土体的胶结断裂、颗粒运动、孔隙率变化均表现出明显的差异。
通过对模型粘结断裂率、剪切带内外局部孔隙率等细观指标的分析，对土体的偏应力变化、体积变化等宏观现象的机理做出了更进一步的阐释。
关键词：可燃冰；砂土；离散单元法；剪胀性；剪切带中图分类号：TU43 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.03.0174DISCRETE ELEMENT SIMULATION OF THE SHEAR BEHAVIOR OFCEMENTED METHANE HYDRATE-BEARING SANDSWANG Xuan , XU Ming(Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The methane hydrate is a new type of clean energy, and is widely distributed in deep sea sediments and permafrost. It is necessary to study the mechanical properties of the methane hydrate-bearing sands. In this paper, a method of generating the discrete element model of cemented methane hydrate-bearing sands is proposed. The model is used to simulate a drained biaxial test. The accuracy of the discrete element model is verified by comparing it with previous experimental data. The macro and micro characteristics of the methane hydrate-bearing sands are then analyzed using the model. The results show that the shear strength, strain softening characteristics and dilatancy of the sand increase with the increase of methane saturation, that the evolution of the hydrate fracture number is closely related to the deviator stress, that the hydrate fracture number increases most rapidly when the deviator stress reaches the peak value, and that the hydrate fracture, particle movement and the porosity change inside and outside the shear band during the test are obviously different. Through the analysis of some micro indexes such as the bond breaking ratio and local porosity inside and outside the shear band, the mechanism of the macro behavior such as the deviator stress and volume change of the methane hydrate-bearing sand is further explained.Key words: methane hydrate; sand; discrete element method; dilatancy; shear band可燃冰的主要成分为甲烷水合物，是由甲烷分子和水分子在高压、低温条件下生成的亚稳态固体物质，广泛分布于深海和常年冻土区域[1]。
《2024年基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言随着计算机技术的发展，数值模拟方法在土力学和岩土工程领域中扮演着越来越重要的角色。
特别是在三轴压缩试验的模拟过程中，离散元方法的应用成为了研究冻土及粘土等复杂材料力学特性的重要手段。
本文旨在通过基于离散元的数值模拟方法，对冻结黏土的三轴压缩试验进行模拟分析，以期为实际工程提供有益的参考依据。
二、离散元法原理与特点离散元法（DEM）是一种数值分析方法，通过离散和建模复杂介质的各组成部分（即“元”），来模拟和分析这些介质的力学行为。
在土力学领域，离散元法特别适用于模拟颗粒材料（如土、砂等）的力学行为。
其优点在于能够更真实地反映材料内部的应力传递和分布，从而得到更准确的材料力学特性。
三、冻结黏土三轴压缩试验的数值模拟1. 模型建立在进行三轴压缩试验的数值模拟时，我们首先需要根据试验要求建立合适的离散元模型。
该模型需要充分考虑黏土的物理特性，如颗粒大小、形状、颗粒间的作用力等。
在模型中，我们还需根据实际条件设定合适的边界条件和初始状态。
2. 数值模拟过程在完成模型建立后，我们需按照三轴压缩试验的步骤进行数值模拟。
首先，我们需对模型施加围压，以模拟试验环境。
然后，逐渐增加轴向压力，观察模型的变形和破坏过程。
通过记录不同阶段的应力、应变等数据，我们可以分析冻结黏土的力学特性和破坏模式。
四、模拟结果分析通过数值模拟，我们可以得到冻结黏土在三轴压缩条件下的应力-应变曲线、破坏模式等重要信息。
首先，我们可以观察到随着轴向压力的增加，模型内部的应力逐渐增大，当达到一定值时，模型开始发生破坏。
其次，通过分析不同围压条件下的模拟结果，我们可以得到围压对冻结黏土力学特性的影响。
此外，我们还可以进一步分析模型的变形过程和破坏机理，为实际工程提供理论依据。
五、结论与展望通过对基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟的研究，我们得到了以下结论：离散元法能够有效地模拟冻结黏土的三轴压缩试验过程，得到准确的力学特性和破坏模式。
《2024年基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》范文
《基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟》篇一一、引言在地质工程和岩土力学领域，对冻结黏土的力学性质研究具有重要意义。
三轴压缩试验是研究土体应力-应变关系及强度特性的重要手段，而离散元法作为一种有效的数值模拟方法，在模拟土体变形和破坏过程中具有显著优势。
本文旨在通过基于离散元的数值模拟方法，对冻结黏土的三轴压缩试验进行模拟，以期为实际工程提供理论依据和指导。
二、离散元法概述离散元法是一种用于模拟颗粒介质行为的数值方法，其基本思想是将介质划分为多个离散的单元，通过分析单元间的相互作用力及运动状态，来模拟介质的整体行为。
在土力学领域，离散元法能够较好地模拟土体的变形、破坏及流动等过程。
三、冻结黏土三轴压缩试验概述三轴压缩试验是一种常用的土体力学性质测试方法，通过施加围压和轴向压力，模拟土体在三维应力状态下的变形和破坏过程。
对于冻结黏土，其特殊的物理性质使得三轴压缩试验尤为重要。
在试验过程中，可以观察到冻结黏土的应力-应变关系、强度特性及破坏模式等。
四、基于离散元的冻结黏土三轴压缩试验数值模拟1. 模型建立在数值模拟中，首先建立冻结黏土的三维离散元模型。
根据实际三轴压缩试验的尺寸和边界条件，设定模型的尺寸、颗粒大小及分布等参数。
同时，根据冻结黏土的物理性质，设定颗粒间的接触模型及相互作用力。
2. 材料参数设定根据实际三轴压缩试验的数据，设定离散元模型的材料参数，包括颗粒的弹性模量、摩擦系数、黏聚力等。
同时，考虑温度对材料性质的影响，设定冻结状态下的材料参数。
3. 数值模拟过程在设定好模型和材料参数后，开始进行数值模拟。
首先施加围压，使模型达到稳定状态。
然后逐步施加轴向压力，记录土体的应力、应变及破坏过程。
通过分析模拟结果，可以得到冻结黏土的应力-应变关系、强度特性及破坏模式等。
五、结果分析通过对数值模拟结果的分析，可以得到以下结论：1. 应力-应变关系：在三轴压缩过程中，冻结黏土表现出明显的非线性特征。
砂土颗粒三维形状模拟离散元算法研究
砂土颗粒三维形状模拟离散元算法研究砂土是用于建筑和土木工程的重要材料。
因此，对于砂土的研究和了解是非常必要的。
其中，砂土颗粒三维形状模拟离散元算法是一种非常先进的研究方法。
这种算法能够帮助研究人员了解砂土颗粒的结构和形状，以及它们在不同形态下的行为。
离散元算法的基本原理是将材料分解成许多小的颗粒，并模拟它们之间的相互作用。
这种算法可以帮助研究人员了解材料的内部结构和力学特性。
砂土颗粒的形状模拟是离散元算法的一个重要应用。
这种模拟可以帮助研究人员对砂土颗粒的形态进行深入分析，从而了解它们在各种条件下的行为。
通过砂土颗粒模拟的离散元算法，研究人员可以快速、准确地计算出砂土颗粒之间的相互作用，以及其在不同形态下的物理特性。
同时，该算法还可以帮助研究人员对建筑和土木工程中常见的土木结构进行模拟和分析，以获得更好的结构设计。
砂土颗粒模拟的离散元算法也可以应用于模拟地震和其它自然灾害中的土体应力。
这种应用可以帮助人们更好地理解砂土的特性，并为抗震建筑设计提供更准确的数据和建议。
总之，砂土颗粒三维形状模拟离散元算法是一个非常有用的研究工具。
通过这种算法，研究人员可以更深入地了解材料的内部结构和力学特性，从而为更好的建筑和土木工程设计提供重要的参考意见。
制样方法对砂土液化力学性质影响的离散元模拟
制样方法对砂土液化力学性质影响的离散元模拟
叶斌;宋思聪;倪雪倩
【期刊名称】《同济大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(50)7
【摘要】基于PFC2D软件对湿捣法和落砂法制备的砂土试样进行不排水循环剪切试验模拟,分析了砂土颗粒在动力加载过程中细观结构的变化规律。
结果表明,施加荷载后,试样颗粒长轴方向在压缩侧偏向水平,拉伸侧趋向竖直,而接触法向的趋势则与之相反,二者的各向异性系数均逐渐上升。
试样整体配位数随荷载的作用逐渐下降,液化后于0~3范围内波动。
湿捣法试样比落砂法试样的各向异性程度更小,液化所需的加载循环数更多,即具有更高的抗液化强度。
密实度越高,两种试样的液化强度差别越大。
【总页数】11页(P998-1008)
【作者】叶斌;宋思聪;倪雪倩
【作者单位】同济大学土木工程学院;中南大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU441
【相关文献】
1.饱和砂土自由场地地震液化的离散元模拟
2.颗粒长短轴比对饱和砂土液化影响的离散元分析
3.制样方法对初始各向异性砂土三轴剪切力学特性的影响研究
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形态对砂土抗剪强度影响的试验和离散元数值模拟5.粒间滚动阻力对砂土压缩特性影响的离散元模拟研究
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冻结砂土单轴试验的离散元模拟
冻结砂土单轴试验的离散元模拟
以冻结砂土为研究对象,在不同冻结温度和含水率条件下,进行冻土单轴抗压强度试验,并利用PFC<sup>3D</sup>对试验结构进行模拟,并从细观角度探究冻土单轴抗压过程。
论文主要内容如下:（1）以试验为基础,探究不同温度和含水率条件下,砂土的单轴抗压强度,并对试验结果进行分析。
探究该种砂土单轴抗压强度以及相关力学参数与温度和含水率的关系。
（2）探究细观参数对于数值模拟结果的影响,发现当其他参数取值相同时,摩擦系数取值越大,曲线的峰值越大。
随着切向刚度的增加,颗粒的峰值强度呈现减小的趋势,而破坏应变的值却随之减小。
当法向黏结强度的增加,颗粒的峰值强度也在缓慢增加。
随着切向黏结强度的增加,颗粒的峰值强度也在缓慢增加。
（3）通过对法向刚度,法向黏结强度,切向刚度,切向黏结强度,摩擦系数进行取值调整,模拟不同条件下冻结砂土的单轴压缩曲线,发现采用接触黏结模型的拟合效果较好。
并通过软件功能,从细观角度观察单轴压缩过程。
（4）通过对细观参数与温度、含水率、峰值强度和破坏应变之间的关系进行分析,探究相互影响规律。
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…蝴书
法向接触模型
切向接触模型
ｃｓ
图１冻结砂土的简化接触模型
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｃｏｎｔａｃｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｆｒｏｚｅｎ ｓａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ＤＥＭ
图１所示的接触模型中采用接触黏结模型
（ｃｏｎｔａｃｔ．ｂｏｎｄ ｍｏｄｅｌ）ｍｊ来模拟冻土中冰的胶结作
用，在接触的颗粒间作用有具有法向刚度ｋ和切向
４岛Ｌ＿
，
Ｆ。
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（ｂ）切向接触模型
图２接触黏结模型 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ－ｂｏｎｄ ｍｏｄｅｌ
当颗粒间接触力大小超过其切向抗剪强度时黏结破
裂，此时黏结模型即告失效。在切向接触模型中，
还引入滑动模型（ｓｌｉｐ ｍｏｄｅｌ）来模拟相互接触的颗
上述工作都是针对非冻结土所作的研究，通过 文献调研，采用离散单元法模拟冻土力学行为的文 献少有报道。本文拟采用二维离散单元法对冻结砂 土的室内平面应变试验进行数值模拟，并与室内试 验结果进行比较，进一步发展了离散单元法的应用 领域，为冻土力学的研究提供了新的分析途径。
２离散元模型
冻土与其他非冻土的主要区别在于冰的存在， 冻土的力学性质主要取决于土中胶结冰的性质，并 且受温度的影响很大，冰的胶结作用提高了土体的 黏聚力，从而使冻土的强度增加【ｌ Ｊ。考虑到上述因 素，本文以Ｃｕｎｄａｌｌ提出的二维圆盘模型为基础【３Ｊ， 采用二维颗粒流程序ＰＦＣⅢ（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆｌｏｗ ｃｏｄｅ ｉｎ ２－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）对冻结砂土颗粒接触模型进行模拟， 如图ｌ所示。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ；ｆｒｏｚｅｎ ｓａｎｄ ｃｌａｙ；ｓｔｒｅｓｓ·ｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ；ｓｈｅａｒ ｂａｎｄｓ
１引言
冻土作为一种特殊的土类，其强度、本构关系 以及流变等力学性质对寒区进行工程建设有着重要 的指导意义【ｌ＿２Ｊ。冻土与其他地基土的主要区别在 于冻土中冰的存在，使得冻土的力学行为表现出比 非冻土更强的温度依赖性，低温条件下冻土的室内 试验比常温下的试验增加了控温系统，其难度大、 系统复杂，技术要求高于常规土工试验，因此，开 展冻土土工试验的数值模拟，作为对冻土试验技术 的一种补充是十分必要的。离散单元法是一种适用 于解决非连续介质力学问题的数值计算方法，在岩
摘要ｔ基于离散单元法颗粒流理论，土体颗粒单元间采用接触黏结模型中来考虑冻土中冰的胶结作用，建屯了冻结砂土的
颗粒流模型。通过改变计算模型中颗粒单元的参数，模拟了在不同冻结温度以及不同围压下冻结砂土的宏观力学性质，并与
冻结砂十的室内试验结果进行了比较，结果表明：颗粒流方法可以较好地模拟冻结砂上的应力．应变关系以及剪切带的发展
３．２轴向应力．应变关系的数值模拟 采用上述模型参数，分别对不同冻结温度下，
不同围压时的轴向应力．应变关系曲线与室内试验 结果进行对比分析。图３～５分别绘出了砂土在冻结 温度为一２、一４、一６℃时，不同围压下的轴向应力． 应变（嘎一皿）．局关系曲线的离散元数值结果和室 内试验结果的比较。从图中可以看出，颗粒流的数 值模拟结果与室内试验实测曲线较为吻合，可以模 拟冻结砂土应变软化的特征。由于冰的胶结作用， 冻结砂土的峰值强度随着温度的降低而增加。从表 ２可以看出，颗粒流模型微观参数，包括颗粒间接 触刚度以及粒间黏结强度也相应的增加，即微观参 数具有很强的温度依赖性，这与一般土体有着明显 的不同。同样，从表２以及应力．应变曲线的比较还 可看出，在相同的冻结温度下，不同围压时的颗粒 间的摩擦系数并不相同，说明ＰＦＣ方法采用单一圆 形颗粒模拟具有黏性的土体在不同围压下的结构特 性问题存在缺陷【ｌ引。 ３．３剪切带形成与发展的颗粒流模拟
式中：ｍ、，分别为颗粒的质量和惯性矩；Ｐ为接 触颗粒个数（，＝１，２，…，Ｐ）；薯为颗粒的位移（ｆ 为Ｘ方向或ｙ方向）；０为颗粒的的转动角；Ｆ／和 Ｍｊ分别为作用在颗粒上的第／个接触所产生的力 和力矩。
颗粒受到的不平衡力的法向分量碍帕为
《帕＝Ｅ＋Ｄｎ一氏
（４）
式中：Ｄｎ为法向阻尼力，对于静态问题Ｄｎ＝０；Ｒｌｂ
２．０８ｘ１０－２ ｍｍ／ｓ。
表１冻结砂土的颗粒组成 Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｎｄ ｃｌａｙ
３．１试样生成 ＰＦＣ冻结砂土试样的生成中，首先定义与室内
试验试样尺寸相同的４道墙体，以对试样进行加载， 然后在上述给定的墙体范围内生成并压密初始颗粒 集合体，并且赋予颗粒微观特性参数形成最后的试 样模型。ＰＦＣ试样是根据给定的粒径大小和粒径比 以及初始孔隙比，按照随机分布规律排列的一些颗 粒构成。颗粒试样形成后，便通过两侧以及顶部和 底部墙体的运动，使得试样的应力状态为吒＝仃，＝ 瓯，来模拟剪切前的等向固结。其中，吒和吼分 别表示围压和轴向压力；瓯为试样所受的等向固结 围压。ＰＦＣ２Ｄ程序通过墙体和颗粒的接触力以及墙 体位置的变化来计算得到整个模拟过程中的应力和 应变。
强度只～，即
矿＝只∥＋凡，ｒ缸＝Ｅ∥ （６）
土对温度的依赖性，不同冻结温度下得到的模型参 数不同，并且即使是在相同的温度下，不同围压情 形下颗粒摩擦系数也有所不同。ＰＦＣ模型是通过模 型参数来逼近室内试验结果，当数值试验结果与室 内试验结果接近时，就认为该模型可以模拟这种材 料进行下一步研究。
Ｔａｂｌｅ ２
室内直接剪切试验进行了仿真模拟；Ｗｉｌｌｉａｍ和 Ｒｅｇｅｉｓ］分别采用圆盘、椭圆盘和方形颗粒样本进行 了双轴试验数值模拟，指出了颗粒形状对压缩性质 的影响，并研究了剪切带的形成问题［９１；Ｊｉａｎｇ等【ｌｏ】 利用二维离散元模型，考虑了毛细水的作用，研究
收稿Ｈ期：２００９—０７－２２ 基金项Ｈ：同家８６３计划项目（Ｎｏ．２００８ＡＡＩＩＺｌ０３）；中国科学院西部计划项目（Ｎｏ．ＫＴ乙ＣＸ２－－ＸＢ２－－１０）；国家自然科学基金（Ｎｏ．４０７３０７３６）：冻 上工程重点实验室基金（Ｎｏ．ＳＫＬＦＳＥ－－ＺＹ－－０３）。 第作者简介：周风玺，男，１９７９年生。博士后，主要从事土力学和结构振动方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｈｚｆｘ６２０＠ｌｕｔ．∞
第３ｌ卷第１２期 ２０１０年１２月
文章编号Ｉ １０００－－７５９８（２０１０）１２～４０１６—０５
岩
土
力
学
Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
Ｖｂｌ．３ｌ ＮＯ．１２ Ｄｅｃ．２０ｌＯ
冻结砂土力学性质的离散元模拟
周凤玺１，一，赖远明１
（１．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所￥ｉＩ程国家重点实验室，兰州７３００００；２．兰州理工大学＋ＺＩ程学院，兰州７３００５０）
粒之间的摩擦力ｆ，，它没有法向抗拉强度，但具有 切向抗剪强度：
兀＝∥只
（２）
式中：∥为颗粒间的内摩擦系数。 与非冻结土相比，冻土的力学行为受温度的显
著影响，因此，接触模型中的微观参数具有温度依 赖性，应该是温度的函数。
颗粒系统的运动由牛顿第二定律来描述，即每 一个土颗粒的运动方程为
争＝去笔∥，害＝专嘉Ｍ７ ㈤
刚度缸的弹簧，同时被赋予一定的法向黏结强度 Ｒ。和切向黏结强度氏用来描述颗粒间胶结的法 向抗拉强度和切向抗剪强度。
图２给出了接触黏结模型中法向接触力Ｅ以及
切向接触力只与颗粒法向相对位移‰和切向相对 位移“。之间的关系：
‘＝氏‰，只＝七ｓ蚝
（１）
，ｎ
一
＜。 凰
／ 一
／０
珥
（ａ）法向接触模型
，ｓ‘
卅ｉ 足ｂ
土工程领域有着广泛的应用前景。自从Ｃｕｎｄａｌｌ等【３ｌ 提出离散单元法后，利用离散单元法对土体力学行 为的研究已经取得了一系列成果［４－１６ｌ。Ｂｅｌｈｅｉｎｅ等【４】 采用具有滚转刚度的三维球体离散元模型，模拟了 砂土在排水条件下的三轴试验，并与室内试验结果
进行了比较；Ｔ１１０ｍｔｏｎ【５Ｊ和Ｓｕｌｌｉｖａｎ、Ｊｏｈａｎｎｅｓ掣６＿７】 分别采用二维离散单元法和三维离散单元法对土体
ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔＯ ｔｈｅ ｍａｃｒｏ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｆｒｏｚｅｎ ｓａｎｄ ｃｌａｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｅｖｉｄｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ．ｎｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ａｔｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ＤＥＭ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｓｐｅｃｉａｌ ｓｏｉｌ．
万方数据
４０１８
岩土
力
学
２０１０定
为冰的胶结作用所产生的法向黏结强度，当法向拉
力超过法向黏结强度时，足山＝０。
颗粒受到的不平衡力的切向分量《”’为
《”’＝只＋皿
（５）
式中：Ｄｓ为切向阻尼力，对于静态问题ｎ＝０。当
切向接触力超过接触处的峰值抗剪强度矿后，切
向黏结破坏氏＝０，接触处的抗剪强度为残余抗剪
变化过程，颗粒流细观参数对温度具有显著的依赖性。研究结果对离散单元法在特殊土中的应用具有一定的理论和应用价值。
关键词：离散单元法；冻结砂土；应力．应变关系；剪切带
中图分类号ｌ Ｔｕ ４４１
文献标识码ｌ Ａ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｆｏｒ ｆｒｏｚｅｎ ｓａｎｄ ｃｌａｙ ｂｙ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
ＺＨＯＵ Ｆｅｎｇ．ｘｉｌ一，ＬＡＩ Ｙｕａｎ．ｍｉｎ９１ （１．Ｃｏｌｄ ａｎｄＡｄｄ Ｒｅｇｉｏｎｓ Ｅｎｖｋｏｎｍｅｎｍｌ ａｎｄ Ｅｎ＃ｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏＢ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）