【技术实现步骤摘要】
一种粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法
本专利技术涉及岩土工程土体水力侵蚀破坏数值仿真领域，具体是一种粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法。
技术介绍
人类自古都是择水而居，河流也孕育了人类的文明，但人类受惠于河流的同时也被其带来的灾害所困扰。为了抵抗江河洪水泛滥的侵袭之患，人类沿江、河建筑堤防工程将其流路约束在设定范围内。然而，这些堤防、大坝在造福人类的同时，其潜在的渗透破坏问题存在着巨大的安全隐患。除此之外，我国也是深受滑坡等地质灾害影响的地区，而对滑坡影响最大的是降雨以及库水。因此研究水力侵蚀破坏无论是从堤、坝工程问题方面或是从土体侵蚀、边坡稳定性等科学问题方面都有十分重要的意义。对岩土体水力侵蚀破坏进行研究时，使用解析方法无法完成，往往采用实验和数值模拟计算的方法。渗流侵蚀实验研究虽然能提供大量宝贵的研究资料，但是需花费大量的人力物力，实验周期往往也相当长，研究效率低下，同时其中的变量也不易控制，极易产生误差，因此所得到实验成果往往有限，需进行处理才能得到可用于分析渗流侵蚀破坏的相关参数。除此之外，...
【技术保护点】
1.一种粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n步骤1、建立初始计算空间区域和粘性砂土数值模型；/n步骤2、数值模型的初始化和应力平衡；/n步骤3、编制基于时间效应的强度退化准则线性粘结接触模型，用以模拟粘性砂土中骨料颗粒之间的粘土相；粘土相的水力侵蚀过程可视为接触模型的粘结强度的减小；/n步骤4、选择接触模型作为骨料颗粒之间接触的细观力学模型，再对接触模型的细观参数进行取值；/n步骤5、通过直剪强度试验对数值模型进行校准；/n步骤6、建立流场模拟粘性砂土的水力侵蚀破坏过程；/n步骤7、获取水力侵蚀破坏试验数值模拟结果。/n
【技术特征摘要】
1.一种粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、建立初始计算空间区域和粘性砂土数值模型；
步骤2、数值模型的初始化和应力平衡；
步骤3、编制基于时间效应的强度退化准则线性粘结接触模型，用以模拟粘性砂土中骨料颗粒之间的粘土相；粘土相的水力侵蚀过程可视为接触模型的粘结强度的减小；
步骤4、选择接触模型作为骨料颗粒之间接触的细观力学模型，再对接触模型的细观参数进行取值；
步骤5、通过直剪强度试验对数值模型进行校准；
步骤6、建立流场模拟粘性砂土的水力侵蚀破坏过程；
步骤7、获取水力侵蚀破坏试验数值模拟结果。
2.根据权利要求1所述的粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法，其特征在于步骤1具体是：生成初始计算空间区域；然后在初始计算空间区域内，根据所要模拟的粘性砂土骨料相的级配，按照粒径范围先大后小的顺序生成代表骨料相的球体颗粒，并随机选择产生位置，从而得到粘性砂土数值模型。
3.根据权利要求1所述的粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法，其特征在于步骤2具体是：通过设置重力场并计算求解相应的不平衡力，直至数值模型内部的应力平衡或平均不平衡力达到设置要求。
4.根据权利要求1所述的粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法，其特征在于步骤3中，接触模型的粘结强度通过以下步骤确定：
(1)确定粘土相质量：
Mclay＝Mgrain*ξ(2)
式2)中，Mclay和Mgrain分别表示数值模型中粘土相和骨料相的质量，ξ表示粘土相和骨料相的比例；
每个骨料颗粒周围包裹的粘土相与骨料颗粒表面积成比例，即
式3)中，mj_clay为骨料颗粒j周围的粘土相质量；rj为骨料颗粒j的半径，N为数值模型中的骨料颗粒总数；
(2)引入参数λ表示粘结强度，其物理意义为每单位质量的粘土所提供的粘结强度，则骨料颗粒j周围的总粘结强度为：
式4)中，shear_sj为骨料颗粒间剪切力，tensile_sj为骨料颗粒间拉力，λcoh为粘聚力强度系数，λten为拉力强度系数；λ、λcoh和λten由步骤5中的直剪强度试验获得；
(3)骨料颗粒j周围有若干个接触，共同组成骨料颗粒j周围粘土相的总粘结强度，其中单个接触的粘结强度表示为：
式5)中，Ci和Ti分别为骨料颗粒j和骨料颗粒k之间接触i的粘结强度和抗拉强度，和分别为骨料颗粒j和骨料颗粒k的总接触。
5.根据权利要求1或4所述的粘性砂土水力侵蚀破坏的离散元数值模拟方法，其特征在于粘性砂土水力侵蚀破坏的侵蚀速率与骨料颗粒表面的水力切向剪切力的关系...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄达，黄文波，裴向军，宋宜祥，岑夺丰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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