本发明专利技术涉及一种数值模拟的技术领域，公开了一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，包括：利用不同直径大小的Clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，将结构单元拼接成双排桩结构的形状；利用有限元软件建立同样形状的双排桩结构，对双排桩结构模型进行同等受力分析，根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定；基于颗粒流生成基坑土层颗粒，并依据室内三轴试验所得宏观应力应变力学曲线进行基坑各个土层颗粒细观参数标定；利用分层填土法进行基坑初始土层生成，对颗粒流基坑各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数；建立整体颗粒流双排桩基坑支护模型开挖支护计算流程。本发明专利技术实现了双排桩支护的数值模拟。护的数值模拟。护的数值模拟。
【技术实现步骤摘要】
一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法
[0001]本专利技术涉及一种基于颗粒流法的数值模拟方法，尤其是一种用于双排桩支护的颗粒流数值方法。
技术介绍
[0002]随着城市的快速发展，交通拥堵、土地资源匮乏、生态环境恶化等问题日益突出，为了提高城市的宜居性、韧性、包容性，人们对于地下结构开发程度逐渐增大，如地铁车站、公路隧道、人行地道等常常会涉及到深基坑工程。在日益狭小的城市空间环境下，基坑的开挖常常会影响周边既有建筑物、隧道、管线变形，因此双排桩的围护结构形式越来越受到工程设计人员的青睐。
[0003]目前，国内外专家学者对双排桩围护结构形式进行数值模拟研究时均采用基于连续介质的有限元法。然而土作为一种典型的离散型材料，采用有限元进行模拟存在一定的局限性，如土的本构模型选取，以及求解一些非线性、大变形难以收敛等问题。颗粒流法作为离散元法的一种，近几年在一些岩土体力学模拟试验中得到了广泛的应用。颗粒流法是基于细观力学特征，从散体颗粒细观参数标定的角度出发来还原模拟实际土体的宏观力学特征。但是，其在双排桩基坑支护领域的应用研究还很少见。
[0004]鉴于此，如何从细观力学的角度来深入分析双排桩与土的相互作用机理，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，通过利用颗粒进行拟合成双排桩结构，然后依据土工室内试验所得应力应变曲线对不同土层颗粒进行参数标定用来模拟基坑土层。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，包括：
[0007]利用不同直径大小的Clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，将结构单元拼接成双排桩结构的形状，并赋予各单元间平行粘结模型；
[0008]利用有限元软件建立同样形状的双排桩结构，对颗粒流和有限元软件建立的双排桩结构模型进行同等受力分析，根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定；
[0009]基于颗粒流进行二次开发，生成基坑土层颗粒，并依据室内三轴试验所得宏观应力应变力学曲线进行基坑各个土层颗粒细观参数标定；
[0010]在基坑土层颗粒标定的基础上，利用分层填土法进行基坑初始土层生成，并进行初始地应力平衡，对颗粒流基坑各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数；
[0011]建立整体颗粒流双排桩基坑支护模型开挖支护计算流程。
[0012]可选地，所述利用不同直径大小的Clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，包括：
[0013]利用PFC2D颗粒流软件生成17个Clump颗粒，所述Clump颗粒由四个单元球A、B、C、D组成，Clump颗粒球形度的计算公式为：
[0014][0015]其中：
[0016]r表示以Clump颗粒中心为原点，Clump颗粒横截面中的最大内切圆半径，在本专利技术一个具体实施例中，为单元球A的半径；
[0017]R表示以Clump颗粒中心为原点，Clump颗粒横截面中的最大外接圆半径，在本专利技术一个具体实施例中，单元球B、C、D的半径相同，将单元球B、C、D两两接触放置在同一水平面上，并以单元球的三个中心形成横截面，以Clump颗粒中心为原点，建立单元球三个中心所形成横截面的最大外接圆，其半径即为R；
[0018]在本专利技术一个具体实施例中，将单元球B、C、D的半径设置为相等且不变，通过改变单元球A的半径，即可得到不同直径大小的Clump颗粒。
[0019]可选地，所述将结构单元拼接成双排桩结构的形状，并赋予各单元间平行粘结模型，包括：
[0020]将结构单元拼接成双排桩结构，并利用平行粘结模型建立不同结构单元之间的连接关系，不同结构单元之间利用平行粘结传递的合力为力矩为矢量可以被分解为法向矢量和切向矢量：
[0021][0022]其中：
[0023]表示法向矢量；
[0024]表示切向矢量；
[0025]当两个结构单元之间的平行粘结建立后，其初始合力和力矩为0，当结构单元之间发生相对运动，产生位移增量和转动增量，从而平行粘结内产生了力增量和力矩增量，在时步Δt内，在结构单元接触点的相对位移增量可得在平行粘结内产生的法向和切向力增量计算式为：
[0026][0027][0028]ΔU＝VΔt
[0029]其中：
[0030]表示在法向产生的力增量，表示在切向产生的力增量；
[0031]A表示平行粘结的横截面积；
[0032]V表示两个结构单元在接触点的相对速度；
[0033]ΔU表示两个结构单元在接触点相对位移的增量，ΔU
s
表示切向的相对位移增量，ΔU
n
表示法向的相对位移增量；
[0034]k
s
表示切向刚度，k
n
表示法向刚度。
[0035]可选地，所述根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定，包括：
[0036]利用有限元软件建立形状的双排桩结构，并对颗粒流以及有限元软件建立的双排桩结构模型进行同等受力分析，根据基于有限元软件的双排桩结构的位移变形，确定基于颗粒流的双排桩结构的Clump displacement_mag细观参数标定；在本专利技术一个具体实施例中，所述基于有限元软件的双排桩结构的位移变形为双排桩结构的隆起量。
[0037]可选地，所述基于颗粒流进行二次开发，生成基坑土层颗粒，依据室内三轴试验所得宏观应力应变力学曲线进行基坑各个土层颗粒细观参数标定，包括：
[0038]基于颗粒流方法进行二次开发，生成随机数量的基坑土层颗粒，所述生成的基坑土层颗粒中，80％的基坑土层颗粒为clump颗粒，20％的基坑土层颗粒为ball颗粒，在本专利技术一个具体实施例中，clump颗粒的直径大于10mm且小于15mm，ball颗粒的直径小于10mm；所述clump颗粒是由多个小颗粒组成的任意形状的大颗粒，小颗粒相对位置保持固定，与内部小颗粒不产生接触力，视为纯刚体，不会发生变形破碎等情况，不同clump颗粒间的接触模型为线性接触模型；所述ball颗粒是最基本的颗粒单元，ball颗粒本身无刚度，颗粒与颗粒之间的接触为点接触，接触为柔性接触；
[0039]根据室内三轴试验所得的观应力应变力学曲线，在不同测压下记录颗粒的静态响应和极限载荷，对基坑中各个土层颗粒的静态响应以及极限载荷的参数进行标定，并将测压设置为颗粒之间的连接键强度，当数值模拟出响应的测压时，不同颗粒产生对应的静态压力形变，并通过颗粒间的连接键进行相对运动。
[0040]可选地，所述利用分层填土法进行基坑初始土层生成，并进行初始地应力平衡，对颗粒流基坑各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数，包括：
[0041]在生成基坑土层颗粒的空间中添加重力场，土层颗粒在重力作用下自由落体，为了加快土层颗粒下落速度，减少土层颗粒触底反弹位移，设置空间内重力场加速度10g；大粒径本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：利用不同直径大小的Clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，将结构单元拼接成双排桩结构的形状，并赋予各单元间平行粘结模型；利用有限元软件建立同样形状的双排桩结构，对颗粒流和有限元软件建立的双排桩结构模型进行同等受力分析，根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定；基于颗粒流进行二次开发，生成基坑土层颗粒，并依据室内三轴试验所得宏观应力应变力学曲线进行基坑各个土层颗粒细观参数标定；在基坑土层颗粒标定的基础上，利用分层填土法进行基坑初始土层生成，并进行初始地应力平衡，对颗粒流基坑各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数；建立整体颗粒流双排桩基坑支护模型开挖支护计算流程。2.如权利要求1所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述利用不同直径大小的Clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，包括：利用PFC2D颗粒流软件生成17个Clump颗粒，所述Clump颗粒由四个单元球A、B、C、D组成，Clump颗粒球形度的计算公式为：其中：r表示以Clump颗粒中心为原点，Clump颗粒横截面中的最大内切圆半径；R表示以Clump颗粒中心为原点，Clump颗粒横截面中的最大外接圆半径R。3.如权利要求2所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述将结构单元拼接成双排桩结构的形状，并赋予各单元间平行粘结模型，包括：将结构单元拼接成双排桩结构，并利用平行粘结模型建立不同结构单元之间的连接关系，不同结构单元之间利用平行粘结传递的合力为力矩为矢量可以被分解为法向矢量和切向矢量：其中：表示法向矢量；表示切向矢量；当两个结构单元之间的平行粘结建立后，其初始合力和力矩为0，当结构单元之间发生相对运动，产生位移增量和转动增量，从而平行粘结内产生了力增量和力矩增量，在时步Δt内，在结构单元接触点的相对位移增量可得在平行粘结内产生的法向和切向力增量计算式为：计算式为：ΔU＝VΔt其中：
表示在法向产生的力增量，表示在切向产生的力增量；A表示平行粘结的横截面积；V表示两个结构单元在接触点的相对速度；ΔU表示两个结构单元在接触点相对位移的增量，ΔU
s
表示切向的相对位移增量，ΔU
n
表示法向的相对位移增量；k
s
表示切向刚度，k
n
表示法向刚度。4.如权利要求3所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定，包括：利用有限元软件建立形状的双排桩结构，并对颗粒流以及有限元软件建立的双排桩结构模型进行同等受力分析，根据基于有限元软件的双排桩结构的位移变形，确定基于颗粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：张会来，夏至，施霄飞，蒋皓，
申请(专利权)人：江苏中设集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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