基于LDPM模型的胶凝砂砾石料细观力学性能

通过室内单轴抗压强度试验,探究不同水泥掺量对胶凝砂砾石料力学性能的影响。结果表明:随着水泥掺量的提高,胶凝砂砾石料弹性模量及抗压强度逐渐增大,其力学性能由类似于堆石料逐渐演变为类似于碾压混凝土。为了研究材料的破坏机理,采用细观格构离散粒子模型(lattice discrete particle model,LDPM),建立材料细观模型,对胶凝砂砾石料单轴受压状态下细观裂缝扩展情况进行模拟,数值模拟得到的应力-应变曲线与实验数据相吻合;通过裂缝开度云图可以看出,在弹性阶段几乎没有裂缝产生,直至轴向应力达到抗压强度值后,裂缝逐渐萌生、扩展,最终形成平行于压力方向的多条裂纹,导致试件破坏。裂缝主要延砂浆与骨料之间的界面层扩展,骨料基本未破碎。通过LDPM模型可以有效模拟胶凝砂砾石料细观裂缝的形成与发展机理。

胶凝砂砾石料坝离心模型试验及LDPM数值模拟研究

胶凝砂砾石料坝作为一种新型坝,其性能受到广泛关注。为了探究胶凝砂砾石料坝的工作特性,以40.6 m高的胶凝砂砾石料坝为原型,设计并开展了相似比为65的离心模型试验。试验结果表明:在自重沉降作用下,坝体位移关于坝轴线对称,位移值由坝底至坝顶处逐渐增大;随着上游蓄水高度的增大,坝体各点位移逐渐向下游偏转。随后对格构离散粒子模型(LDPM)进行简单介绍,结合三轴压缩试验,对胶凝砂砾石料进行模型参数标定。通过对比离心模型试验结果,验证数值模型对探究胶凝砂砾石料坝坝体变形问题的适用性。进而,根据水密度超载法引入超载系数K,探究胶凝砂砾石料坝的超载能力及破坏形态。仿真结果表明:当K<2时,坝体没有裂缝出现,随着K值增大,裂缝首先出现在坝踵位置,然后逐渐向上、向坝趾扩展。论证了胶凝砂砾石料坝具有较强的超载能力。

基于LDPM胶凝砂砾石料剪切破坏及层面影响研究

基于格构离散粒子模型(LDPM),建立了胶凝砂砾石料三轴压缩试验的数值仿真模型,通过对比模拟结果和试验结果,验证了数值模型对胶凝砂砾石料三轴压缩过程模拟的适用性,进而根据裂缝扩展过程,从细观角度分析了胶凝砂砾石料剪切破坏的本质,并对水泥掺量为80 kg/m^(3)的胶凝砂砾石料进行了模型参数标定。在此基础上,建立了含层面胶凝砂砾石料的细观模型,研究了施工层面强度和倾角对胶凝砂砾石料抗剪切性能的影响。结果表明:层面对材料裂缝萌生区域、扩展宽度及材料最终破坏模式都会产生影响,但材料内摩擦角几乎不受层面影响;层面强度越高,材料峰值偏应力和黏聚力越大,材料峰值偏应力和黏聚力在层面倾角为60°时取得最小值。该结果为含施工层面胶凝砂砾石料的抗剪切性能评估提供了参考。

胶凝砂砾石料渗流应力耦合作用细观模拟

胶凝砂砾石料以其优越的性能受到广泛关注,为了探究其在渗流应力耦合作用下的破坏特性,基于一种新的细观离散元模型——格构离散粒子模型(LDPM),建立了胶凝砂砾石料渗流应力耦合数值仿真模型。结合胶凝砂砾石料三轴压缩试验结果,标定了该模型参数。通过对比不同水压力作用下胶凝砂砾石料楔入劈拉试验的数值模拟结果,验证了基于格构离散粒子模型的渗流应力耦合模型在模拟胶凝砂砾石料上的适用性。模拟结果表明:随着水压的增大,胶凝砂砾石料楔入劈拉试验的峰值荷载与其对应的裂缝口张开位移值都会减小,试件破坏之前所承受的循环加载次数减少。通过细观破坏的机理分析可知:随着水压力增大,裂缝扩展过程区变短,水更容易注入裂纹尖端,材料的破坏模式更加趋于脆性破坏。研究结果可为渗流应力耦合作用下胶凝砂砾石料坝、围堰等水利工程中材料的破坏行为分析提供计算模型和参考。