填石路基振动压实过程离散元仿真研究

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1、分类号:TH1210710-2015125120硕士学位论文填石路基振动压实过程离散元仿真研究张通化导师姓名职称丁智勇副教授申请学位类别硕士学科专业名称工程机械论文提交日期2018年3月5日论文答辩日期2018年5月20日学位授予单位长安大学DiscreteElementSimulationStudyonVibrationCompactionProcessofRock-fillRoadbedAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangTonghuaSupervisor：AssociateProf.DingZhiyon

2、gChang’anUniversity,Xi’an,China摘要随着我国公路基础建设的发展，高等级公路工程正由东部向中西部方向延伸，山区高等级公路建设越来越普遍，深挖路基和隧道施工产生大量的弃石；另外，如陕西潼关地区等一些多矿山区，常年矿山开采积累的弃石也大量堆积，亟待合理利用。这些弃石侵占农田、阻塞山川、破坏环境。而填石路基铺筑可将其变废为宝，从而改善当地环境、节约资源，具有社会和经济双层效益。但目前在填石路基密实过程、密实状况及机理等方面研究不成熟，制约其推广和发展。究其原因，一方面是基于连续、均质体理论的有限元法无法模拟碎石填料压实中“散”“动”特性；另一方面是试验

3、法数据采集工作量大且变异性也大、处理手段有限。鉴于此，本文选用离散元素法，对填石路基压实过程进行模拟分析，为填石路基碾压技术的研究提供分析手段和建议，其工作内容如下。首先介绍了填石路基组成及分类方法，对比分析了填石路基与土质、土石路基的不同，明确了填石路基的特点。归纳了现有压实设备的压实原理与方法，对影响填石路基压实的因素进行了分析；同时阐述了离散元的计算原理与方法，对仿真本构模型进行了分析，并从理论上证明离散元法模拟填石路基压实的可行性。其次，采用多球面坐标位移偏移法，建立球形、棱锥状、扁平状三种刚性颗粒模型，使用文件批处理，对接触参数进行虚拟标定。在此基础上，模拟路基压

4、实过程，分析了压实过程中应力场、速度场、孔隙率的变化及颗粒形状对压实特性的影响；结合现场试坑孔隙率，验证离散元模拟法的有效性。再次,考虑岩石填料颗粒在压实施工中可能破碎的情况，通过EDEM应用程序编程接口编写颗粒替代程序，并通过压铸成型法生成由小颗粒粘结成的不同形状的可破碎碎石颗粒，为后续含有可破碎碎石颗粒的填石路基压实过程仿真提供模型支持。最后，基于Hertz-MindlinwithBonding本构模型，生成占比为20%的可破碎颗粒进行填石路基压实过程仿真，对影响路基压实的振动频率、激振力、颗粒破碎等因素进行分析；与全是刚性颗粒的压实仿真结果相对比，含部分可破碎大粒径颗

5、粒的模拟压实过程更贴近实际；对比施工现场实测孔隙率数据，仿真结果与现场实测均值仅差0.89%，且变化趋势相同，证明本文采用的离散元法模拟填石路基压实过程的结果准确可靠。关键词：压实，岩石颗粒，EDEM，颗粒替代，破碎IIIAbstractWiththedevelopmentofhighwayfoundationconstructioninChina,thehigh-gradehighwayprojectsareextendingfromtheeasterntotheMidwest.Theconstructionisbecomingmoreandmorepopularonhi

6、ghlevelroadinmountainareas.Deep-cutofroadbedandtunnelconstructionproducesalargenumberofwasterocks.Inaddition,largeamountsofthewasterocksaccumulatedinperennialmininginsomemineareassuchasTongguaninShaanxi.Itisurgenttomakerationalutilizationofit.Thesewasterocksoccupyfarmland,obstructmountains

7、andrivers,anddestroytheenvironment.Andthepavingofrock-fillroadbedcanturnitintoatreasure.Therebyimprovinglocalenvironmentandsavingresources,ithasdoublebenefitsofthesocialandeconomic.However,theresearchonthecompactionprocess,densestatusandmechanismoffillroadbedi