砂土堆积试验的组合Clump颗粒离散元模拟

为研究颗粒形状对砂土力学性质的影响,以室内试验结果为基础,采用离散元软件PFC3D模拟了颗粒堆积试验。选取球形度为颗粒形状特征系数,生成一系列球形度为0.33~1.0的Clump颗粒,用PFC软件对颗粒之间分别赋予不同的摩擦系数共模拟了81种试样。通过将模拟结果与室内试验结果对比以验证采用球形度模拟砂土的可行性,探讨了颗粒球形度及摩擦系数对颗粒堆积体宏观响应和细观组构变化的影响。结果表明：组合Clump颗粒试样的最大孔隙比与最小孔隙比与室内实测结果基本一致,验证了该方法的可行性;试样的自然休止角及孔隙率均与颗粒摩擦系数存在正相关关系,平均接触数则随摩擦系数增大而减小;根据颗粒球形度统计结果在离散元中模拟砂土颗粒可直接采用实际颗粒的摩擦系数;该方法对传统散体颗粒的细观模拟研究方法进行了改进,能够弥补离散元中用圆球颗粒模拟不规则颗粒的不足。

堆石料细观本构参数反演的CLUMP颗粒模型

为了模拟堆石料三轴压缩实验中颗粒间的咬合作用,提出了一种不改变模型孔隙率、不添加删除颗粒的随机CLUMP颗粒生成方法,并利用该方法进行堆石料细观本构模型参数反演。以蒲石河抽水蓄能电站输水洞开挖出的堆石料三轴压缩实验为例进行计算,结果表明:每个CLUMP颗粒由两个球型颗粒构成时计算结果与实验结果吻合最好,各载荷步偏应力相对误差均值为6.31%。随着构成CLUMP颗粒的球型颗粒数量的增加,细观参数中的接触弹性模量随之线性减小,法向刚度与切向刚度之比随之略有增加,而摩擦系数趋于一个常数。使用反演参数对400和600 k Pa围压下的实验结果进行预测,平均相对误差分别为8.29%和10.60%,模拟曲线与实验曲线基本一致,验证了该方法的有效性。