土石混合体二维细观结构的模拟方法研究

在二维情形,从细观角度,将土石混合体视作石料与土的两相结构,其中,石料为凸多边形,剩余空间为土体。为此,提出凸多边形随机摆放区域的数值模拟方法。该方法首先随机生成一个菱形并将该菱形随机变形得到一个具有参数方程的凸多边形;然后,在给定的区域中,按照一定的分布函数随机投放不同大小的凸多边形直至满足一定的终止条件;在此过程中,若新生成的凸多边形与其他凸多边形的距离不为0,可对其进行下降,以此模拟土石混合体的真实物理状态。使用该方法,在边长为30 cm的正方形区域内,取颗粒径1-8 cm,模拟了含量为72.01%（面积比）的土石混合体。最后,将所模拟的土石混合体进行有限元网格划分以及力学加载试算,从试算结果的应力云图可以观察到土与石的界面是土石混合体内应力集中的地方,与实际情况相符。