一种PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性制造技术

本发明专利技术公开一种PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性具体步骤为：建立尾矿砂三轴三维试验模型。选定尾矿砂参数假定，确定级配曲线及对比试验结果的分析，着重考虑级配及颗粒形状对试验结果的影响。采用clump命令开发了非球形颗粒，进行单因素改变条件下的一系列数值三轴试验，分析得到线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学特性非单因素影响，其存在一定的交叉影响作用，但对每个宏观力学参数均存在一个占主导地位的控制性细观参数，其影响程度远超其余细观参数。通过试验得出宏

【技术实现步骤摘要】
一种PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性


[0001]本专利技术属于土木工程领域，具体涉及线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性。

技术介绍

[0002]目前通常采用试算对比法进行细观参数选取，即根据经验或者参考其他学者研究成果，先假定一组细观参数，再进行不断的调整，使其表现出的宏观力学特性与室内试验结果相近。这个过程通常会消耗大量的时间，并且无根据的试算工作，也很难使最终标定结果与预期目标之间十分接近。
[0003]目前多数研究采用二维模型，集中在粘结模型的细观参数(法向粘结刚度，切向粘结刚度，法向粘结强度，切向粘结强度等)与宏观力学参数(弹性模量，泊松比，抗压强度等)之间的关联性上，而粘结模型多用于模拟岩石、混凝土等粘性较强的材料，对适用于模拟粘聚力比较小的土的线性接触模型的研究很少，对本文关注的线性模型细观参数与其表现出的抗剪强度参数之间的关联性研究还未见报道。

技术实现思路

[0004]本研究通过开发空间对称的颗粒形状，应用PFC3D建立三维数值三轴试验，进行单因素改变条件下的一系列数值三轴试验，着重研究用于模拟散粒状土的线性接触模型的细观参数(法向刚度k
n
，切向刚度k
s
，摩擦系数fric)与剪切力学参数(粘聚力c，内摩擦角φ)、主应力峰值及其对应应变量之间的关联性，所得宏
‑
细观参数关联性对于线性接触模型参数标定过程具有一定参考价值。
[0005]本专利技术通过如下技术方案实现。r/>[0006]一种PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性，包括如下步骤：
[0007]步骤1：建立尾矿砂三轴三维试验模型；
[0008]步骤2：选定尾矿砂参数假定；
[0009]步骤3：确定级配曲线及对比试验的分析；
[0010]步骤4：采用clump命令开发了非球形颗粒，进行单因素改变条件下的一系列数值三轴试验；
[0011]步骤5：分析得到线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学特性非单因素影响，其存在一定的交叉影响作用，但对每个宏观力学参数均存在一个占主导地位的控制性细观参数，其影响程度远超其余细观参数。
[0012]优选为，所述步骤3进行工况Ⅰ和工况Ⅱ对比分析，在数值模拟中颗粒设为非球形比较符合实际情况，同时也对试验结果的准确性有益；
[0013]优选为，所述步骤3中以及工况Ⅰ和工况Ⅲ对比分析；在数值模拟中考虑颗粒级配
可使颗粒之间接触更加紧密，嵌锁作用更强，表现为粘聚力有所增加，应力
‑
应变曲线更加平滑，与室内试验结果更加一致
[0014]优选为，所述步骤4中在初步选定的细观参数基础上，分别进行了颗粒法向刚度(kn)数值试验，线性拟合试验结果得到界面抗剪力学参数，填料法向接触刚度主要影响峰值主应力对应的应变量。
[0015]优选为，所述步骤4中在初步选定的细观参数基础上，通过仅改变切向刚度ks的值来改变刚度比，进行了刚度比(k
n
/k
s
)试验，线性拟合试验结果得到界面抗剪力学参数，刚度比主要影响粘聚力值。
[0016]优选为，所述步骤4中以往学者主要注重填料的摩擦系数(pebble
‑
fric)对抗剪特性的影响，却忽略了侧壁摩擦系数(wall
‑
fric)，或者将侧壁摩擦系数置零，这与室内试验存在一定不同，通过改变pebble
‑
fric和wall
‑
fric，分别探究其对抗剪强度参数的影响规律。填料摩擦系数主要影响内摩擦角及主应力峰值，侧壁摩擦系数对各宏观力学参数影响均不是最强，但不可忽略。
[0017]优选为，所述步骤4中在选定细观参数基础上，改变墙体摩擦系数，研究其对抗剪强度参数影响规律，分别进行墙体摩擦系数多次试验，本情况下墙体摩擦系数最大值为0.5，是因为考虑到实际试验时，通常会采取一定的方法减小侧壁摩擦，使之小于填料内摩擦角，所选定颗粒摩擦系数为0.5，则墙体最大摩擦系数为0.5。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术通过开发空间对称的颗粒形状，应用PFC3D建立三维数值三轴试验，进行单因素改变条件下的一系列数值三轴试验，着重研究用于模拟散粒状土的线性接触模型的细观参数(法向刚度k
n
，切向刚度k
s
，摩擦系数fric)与剪切力学参数(粘聚力c，内摩擦角φ)、主应力峰值及其对应应变量之间的关联性，所得宏
‑
细观参数关联性对于线性接触模型参数标定过程具有一定参考价值。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0002]图1为本专利技术具体实施方式中一种PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性的流程图；
[0022]图2为本专利技术具体实施方式中三轴试验模型图；
[0023]图3为本专利技术具体实施方式中所用非球形颗粒及其剖面图；
[0024]图4为本专利技术具体实施方式中级配曲线图；
[0025]图5为本专利技术具体实施方式中尾矿砂及侧壁墙体初步细观参数假定图；
[0026]图6为本专利技术具体实施方式中初步选定的细观参数下的莫尔圆图；
[0027]图7为本专利技术具体实施方式中三种工况所得结果汇总图；
[0028]图8为本专利技术具体实施方式中工况Ⅰ偏应力
‑
轴向应变图；
[0029]图9为本专利技术具体实施方式中工况Ⅱ偏应力
‑
轴向应变图；
[0030]图10为本专利技术具体实施方式中工况Ⅲ偏应力
‑
轴向应变图；
[0031]图11为本专利技术具体实施方式中各宏观参数影响程度结果汇总图；
具体实施方式
[0032]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0033]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0034]步骤1：建立尾矿砂三轴三维试验模型；
[0035]步骤2：选定尾矿砂参数假定；
[0036]步骤3：确定级配曲线及对比试验的分析；
[0037]步骤4：采用clump命令开发了非球形颗粒，进行单因素改变条件下的一系列数值三轴试验；
[0038]步骤5：分析得到线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学特性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立尾矿砂三轴三维试验模型；步骤2：选定尾矿砂参数假定；步骤3：确定级配曲线及对比试验的分析；步骤4：采用clump命令开发了非球形颗粒，进行单因素改变条件下的一系列数值三轴试验；步骤5：分析得到线性接触模型细观参数对其表现出的宏观力学特性非单因素影响，其存在一定的交叉影响作用，但对每个宏观力学参数均存在一个占主导地位的控制性细观参数，其影响程度远超其余细观参数。2.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性，其特征在于：所述步骤3进行工况Ⅰ和工况Ⅱ对比分析，在数值模拟中颗粒设为非球形比较符合实际情况，同时也对试验结果的准确性有益。3.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性，其特征在于：所述步骤3中以及工况Ⅰ和工况Ⅲ对比分析；在数值模拟中考虑颗粒级配可使颗粒之间接触更加紧密，嵌锁作用更强，表现为粘聚力有所增加，应力
‑
应变曲线更加平滑，与室内试验结果更加一致4.根据权利要求1所述的PFC3D内置线性接触模型各细观参数与宏观力学参数之间的关联性，其特征在于：所述步骤4中在初步选定的细观参数基础上，分别进行了颗粒法向刚度(k
n
)数值试验，线性拟合试验结果得到界面抗剪力学参数，填料法向接触刚度主要影响峰值主应力对应的应变量。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜常博，梁立东，易富，牛犇，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：