基于颗粒流仿真分析的涵顶eps板减载机理研究

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1、分类号:TU410710-2014221037专业硕士学位论文基于颗粒流仿真分析的涵顶EPS板减载机理研究鲁承芸导师姓名职称张宏光副教授专业学位类别申请学位类别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月12日学位授予单位长安大学StudyonloadreductionmechanismofculvertEPSplatebasedonparticleflowsimulationanalysisAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LuChengy

2、unSupervisor：Prof.ZhangHongguangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要本文基于PFC2D离散元分析软件，对回填土进行双轴压缩试验模拟，研究了细观参数对宏观特征的敏感性。强度特征（粘聚力和摩擦角）主要受摩擦因数、张拉强度、剪切强度的影响，其中摩擦因数对材料摩擦角的取值起主导作用，剪切强度影响次之，而剪切强度主要影响粘聚力的大小，并且当张拉强度较小时，它对摩擦角和粘聚力都有一定的影响。变形特征（泊松比和杨氏模量）主要受法剪刚度比和杨氏模量的影响比较大，其中有效模量主要影响杨氏模量的大小，

3、而法剪刚度主要控制泊松比的变化。根据所得到的宏细观参数之间的对应关系以及各细观参数之间的相互作用关系，确定材料拟合的顺序宜为：泊松比—杨氏模量—摩擦角—粘聚力，根据所得结果以及回填土体材料的预期值来估测细观参数值，建立双轴离散元模型，得到土体材料的宏观参数，发现该值非常趋近于回填土体材料的预期值，推断该土体标定手段有效可靠。此外，本文将颗粒流软件应用到涵洞EPS板减载工程中。利用回填土标定所得细观参数，建立了PFC2D数值仿真模型，再现了土体在涵顶应用EPS板后的行为性质。本文先对2m和4m板宽的减载效果进行比较，发现4m板宽（净跨铺设）的

4、减载效果更好。进而对净跨铺设的情况进行更深一步的分析，观察在涵顶净跨等宽铺设EPS后，随着填土高度的增加，土体中土颗粒的位移大小、位移走向、力链的分布规律及大小等，发现涵顶采用EPS板净跨铺设后，涵顶力链变得更加稀疏，而涵洞侧墙顶则出现了力链集中的现象；且由土体颗粒位移场发现，涵顶土体颗粒下降的位移要远大于两侧土体，因而推测其受到向上的摩擦作用，进而起到了减载的效果；同时由各测点检测数据显示，涵顶减少的竖向压力大多传递给了侧墙顶。因此，利用颗粒流建模能够在微观层面上更直观、更精准的分析EPS板的减载机理。最后，对本文主要研究内容作了总结，并

5、指出EPS板减载仿真模型存在的一些弊端以及对未来建模的一些展望。关键词：涵顶减载，EPS板，颗粒流，标定，数值模拟IAbstractInthispaper,thebiaxialcompressiontestofbackfillissimulated,andthesensitivityofmesoparameterstomacroscopicalcharacteristicsisstudiedbasedonPFC2Ddiscreteelementanalysissoftware.Thestrengthcharacteristics(cohes

6、ionandfrictionangle)aremainlyinfluencedbythefrictionfactor,tensilestrengthandshearstrength,inwhichthefrictionfactorplaysthedominantroleinthevalueofthefrictionangleofthematerial,shearstrengthhasthesecondeffect.Shearstrengthmainlyaffectscohesion.Whenthetensilestrengthissmall

7、,Whenthetensilestrengthissmall,ithasacertaineffectonthefrictionangleandcohesion.Thedeformationcharacteristics(Poisson'sratioandYoung'smodulus)aremainlyinfluencedbytheratioofnormalshearstiffnessandYoung'smodulus,inwhichtheeffectivemodulusmainlyaffectsthesizeofYoung'smodulus

8、,whilethenormalshearstiffnessmainlycontrolsthechangeofPoisson'sratio.Accordingtothemacroa