一种级配碎石细观力学模型构建及微力学参数标定的方法技术

本发明专利技术公开了一种级配碎石细观力学模型构建及微力学参数标定的方法，通过级配碎石基本参数的测试、试模的模拟及模拟试件的生成，并赋予模拟试件微力学参数，构建级配碎石细观力学模型，对细观力学模型试件实施数值试验，模拟得到级配碎石应力应变曲线；根据模拟误差精度要求，通过分析级配碎石应力应变的实测结果和模拟结构对比，对级配碎石细观力学模型的微力学参数进行标定。该方法可准确、快速地构建级配碎石细观力学模型并标定微力学参数，为深入研究级配碎石力学行为及破坏机制提供有效的工具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交通土建工程领域，涉及。本专利技术基于PFCai软件平台，可准确、快速地构建级配碎石细观力学模型并标定微力学参数，为深入研究级配碎石力学行为及破坏机制提供有效的工具。
技术介绍
级配碎石属典型道路基层材料，物理力学特性极为复杂。室内试验手段不仅难以表征级配碎石颗粒性的结构特征与非线性的力学特性，而且试验周期长、研究成本高。数值模拟方法因其便捷的可视化操作程序和强大的力学分析能力逐渐成为材料力学性能研究的有效工具。目前，主要采用有限单元法对级配碎石物理力学特性进行数值模拟，但是，利用该方法构建的数值模型既不能表征级配碎石颗粒性的结构特征，也无法回避级配碎石本构研究的困难，因此，难以准确、全面地反映不同级配碎石的结构特征和力学特性。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供。该方法可准确、快速地构建级配碎石细观力学模型并标定微力学参数。为实现上述任务，本专利技术采取以下技术方案得以实现，其特征在于，按照以下步骤进行1)细观力学模型的构建(1)基本参数的测试测定碎石密度，确定级配碎石最大干密度和最佳含水量；(2)试模的模拟根据力学性能测试方法对试模规格的要求，利用PFC2d内置命令“wall”生成封闭矩形区域以模拟试模；(3)级配碎石的生成根据碎石密度、压实度、试件尺寸、矿料级配和最大干密度计算第i种规格集料的二维映射面积Si,见式(1)。利用PFCai内置命令“ball”在模拟试模中生成颗粒，并使之符合第i种规格集料的粒径要求。当生成颗粒的总面积达到Si时，停止颗粒生成；

【技术保护点】
１．一种级配碎石细观力学模型构建及微力学参数标定的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：１）细观力学模型的构建（１）基本参数的测试测定碎石密度，确定级配碎石最大干密度和最佳含水量；（２）试模的模拟根据力学性能测试方法对试模规格的要求，利用ＰＦＣ２Ｄ内置命令“ｗａｌｌ”生成封闭矩形区域以模拟试模；（３）级配碎石的生成根据碎石密度、压实度、试件尺寸、矿料级配和最大干密度按式（１）计算第ｉ种规格集料的二维映射面积Ｓｉ；利用ＰＦＣ２Ｄ内置命令“ｂａｌｌ”在模拟试模中生成颗粒，并使之符合（１－ＴＧ×ｉ）×Ｇ１；根据步骤（４）～（５）方法重新计算；④当Ｗε（ｉ）（Ｗ且Ｗσ（ｉ）（Ｗ时，停止计算，微力学参数标定结果为ν、Ｇｉ、μｉ。μ；若εｇｓ（εｇｍ（ｉ），则μｉ＋１＝μｉ＋Ｔμ；根据步骤（４）～（５）方法重新计算；③当Ｗε（ｉ）（Ｗ且Ｗσ（ｉ）　≥Ｗ时，μｉ＋１＝μｉ；若σｆｓ）σｆｍ（ｉ），则Ｇｉ＋１＝（１＋ＴＧ×ｉ）×Ｇ１；若σｆｓ（σｆｍ（ｉ），则Ｇｉ＋１＝：参数标定时μ的调整系数，Ｔμ＝０．０１～０．１；ＴＧ：参数标定时Ｇ的调整系数，ＴＧ＝０．０１～０．２；根据步骤（４）～（５）方法重新计算；②当Ｗε（ｉ）　≥Ｗ且Ｗσ（ｉ）（Ｗ时，Ｇｉ＋１＝Ｇｉ；若εｇｓ）εｇｍ（ｉ），则μｉ＋１＝μｉ－Ｔ（ｉ）≥Ｗ时，若εｇｓ）εｇｍ（ｉ），则μｉ＋１＝μｉ－Ｔμ；若εｇｓ（εｇｍ（ｉ），则μｉ＋１＝μｉ＋Ｔμ；若σｆｓ）σｆｍ（ｉ），则Ｇｉ＋１＝（１＋ＴＧ×ｉ）×Ｇ１；若σｆｓ（σｆｍ（ｉ），则Ｇｉ＋１＝（１－ＴＧ×ｉ）×Ｇ１；其中，Ｔμ（ｉ）：第ｉ次数值试验获取级配碎石应力应变曲线峰值处所对应的应力值，ｉ为大于０的自然数；（５）比较实测结果与第ｉ次数值试验的模拟结果，并计算εｇｍ（ｉ）与εｇｓ的误差Ｗε（ｉ）和σｆｍ（ｉ）与σｆｓ的误差Ｗσ（ｉ）：①当Ｗε（ｉ）≥Ｗ且Ｗσ０．１５≤ν≤０．３５，１０ＧＰａ≤Ｇ１≤１００ＧＰａ，０．５≤μ１≤０．７；（４）获取第ｉ次数值试验的σｆｍ（ｉ）和εｇｍ（ｉ），其中：εｇｍ（ｉ）：第ｉ次数值试验获取级配碎石应力应变曲线第一拐点处对应的应变值，ｉ为大于０的自然数；σｆｍ，微力学参数的初始值ｉ＝１时如下：①ＣＢＲ数值试验：０．１５≤ν≤０．３５，１ＧＰａ≤Ｇ１≤２０ＧＰａ，０．３≤μ１≤０．７；②三轴数值试验：０．１５≤ν≤０．３５，１００ＧＰａ≤Ｇ１≤１０００ＧＰａ，０．５≤μ１≤０．９；③直剪数值试验：曲线第一拐点处对应的应变值εｇｓ；（３）第ｉ次数值试验时，赋予模拟试件的微力学参数取值ν、Ｇｉ、μｉ，其中：Ｇｉ：第ｉ次数值试验时剪切模量Ｇ的取值，ｉ大于０的自然数；μｉ：第ｉ次数值试验时摩擦系数μ的取值，ｉ大于０的自然数；在下列数值试验中微力学参数；（６）数值试验的实施模拟试验条件和加载方式对模拟试件进行加载，得到应力应变曲线；２）微力学参数的标定（１）确定误差规定值Ｗ；（２）通过室内试验获取级配碎石力学性能实测结果，分别计算应力应变曲线峰值处所对应的应力值σｆｓ和应力应变规格的要求为止；（５）细观力学模型的生成采用Ｈｅｒｔｚ模型和滑动模型描述级配碎石的颗粒性结构特征和非线性力学特性；其中，Ｈｅｒｔｚ模型通过泊松比ν、剪切模量Ｇ定义，滑动模型通过摩擦系数μ定义，利用ＰＦＣ２Ｄ内置命令“ｐｒｏｐ”赋予模拟试件以，％，ｉ为大于０的自然数；ρｉ：第ｉ种规格集料的密度，ｇ／ｃｍ３，ｉ为大于０的自然数；按上述方法依次生成各规格集料颗粒；（４）模拟试件的生成令模拟试模的一侧或双侧水平墙体以规定速度竖直推动模拟试模内的级配碎石，直至符合力学性能测试方法对试件第ｉ种规格集料的粒径要求，当生成颗粒的总面积达到Ｓｉ时，停止颗粒生成；　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）式中：ρｍａｘ：级配碎石的最大干密度，ｇ／ｃｍ３；Ａ：模拟试件的面积，ｃｍ２；Ｋ：压实度，％；Ｐｉ：第ｉ种规格集料的分计筛余百分率...

【技术特征摘要】
1. 一种级配碎石细观力学模型构建及微力学参数标定的方法，其特征在于，按照以下步骤进行1)细观力学模型的构建(1)基本参数的测试测定碎石密度，确定级配碎石最大干密度和最佳含水量；(2)试模的模拟根据力学性能测试方法对试模规格的要求，利用PFC2d内置命令“wall”生成封闭矩形区...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋应军，任皎龙，徐寅善，李頔，李思超，刘延金，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：87