砾石改良膨胀土膨胀性离散元模拟

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1、砾石改良膨胀土膨胀性离散元模拟段喜璐,刘丽萍(西安工业大学建筑工程学院,陕西西安710021)[5]摘要:为了探究砾石改良膨胀土的膨胀特性,基于离散元道床的服役状态及病变机理等。数值模拟软件PFC2D,模拟了砾石改良膨胀土膨胀性试验,PFC2D作为颗粒流离散元软件的一种,主要是通过模拟分析了砾石掺量对砾石改良膨胀土膨胀性的影响。对比室圆形颗粒介质的运动及相互作用来研究颗粒介质的运动,解内试验结果及数值模拟结果,验证了离散元法模拟砾石改良决了复杂变形和大变形模式下的实际问题,是模拟固体力学膨胀土膨胀性的可行性。和颗粒流问题的一种有效手段,对散体物质的

2、应力、应变问题[6]关键词:砾石;改良;膨胀土;PFC2D;数值模拟;膨胀性的研究具有显著的优越性。本文中基于颗粒流离散元法及中图分类号:U412．221文献标志码:B室内试验,对砾石改良膨胀土膨胀性进行数值模拟研究,分析文章编号:1672-4011(2017)03-0020-03砾石含量对改良膨胀土膨胀性的影响,验证试验结果及颗粒DOI:10．3969/j．issn．1672-4011．2017．03．010流离散元模拟砾石改良膨胀土膨胀性的可行性。0前言1室内试验研究膨胀土是指土中黏粒成分主要由亲水性矿物蒙脱石、伊1．1试验材料利石等组成的高液

3、限黏土,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀取陕南地区某电厂项目地基内的膨胀土样,所取土样为缩变形、超固结、多裂隙等特性,性质极不稳定。膨胀土的胀灰褐色、饱和、坚硬、土质致密,节理发育,混有铁锰质结核,少缩变形对道路、建筑及水利工程造成的损失是巨大的。据估量钙质结核,结核粒径20~50mm,切面光滑,该土层在场地内[1]算,全世界每年因膨胀土造成的损失在50亿美元以上。由于普遍分布。原状膨胀土组织致密,且夹杂铁锰质结核,节理膨胀土在地貌上和工程地质上的特殊性,以及它对工程建筑发育,有腊状光泽感,浸水后有滑腻感,这些都是典型的膨胀[1]所带来的严重危害,而

4、引起世界上许多国家的重视。我国每土特征。表1和表2为该项目的地质勘查报告,报告显示年因膨胀土造成的各类工程建筑物破坏的损失在数亿元以该膨胀土样的天然含水量较高,接近土的塑限。从表2可知上。对膨胀土的改良研究已经成为当今岩土工程领域的重要该土样自由膨胀率为51%,根据GBJ112-87《膨胀土地区建[1]研究课题。筑技术规范》,该土样可判断为弱膨胀土,有弱膨胀潜势,见表目前,国内外许多学者都对膨胀土提出了很多的改良方3。由此可知,该电厂项目地区膨胀土土体工程性质差,作为法,包括物理方法和化学方法等,比较常见的方法有在膨胀土建筑的地基必须采取有效的改良

5、技术措施处理。中掺加石灰、水泥、粉煤灰、离子土固化剂等物质。而这些改表1地基土物理力学性质指标建议值良方法大多都是经过室内试验研究其改良效果,数值模拟研指标名称范围值平均值建议值究相对较少。近年来,随着计算机技术的迅速发展,应用软件天然含水量ω/%21．0~27．124．1024模拟实际工程问题成为了可能。田瑞霞、焦红光等从矿业-3天然重度γ/(kN·m)18．9~19．419．1519工程角度得出离散元软件PFC在矿业工程中有巨大的应用-3[2]干重度γd/(kN·m)14．9~16．115．5015潜能,并说明它是模拟离散物体的有效手段;周键、

6、池毓饱和度Sr85．8~92．789．3089蔚等采用颗粒流程序,对砂土试样双轴试验进行了数值模拟。将数值计算结果与室内实验实测结果进行对比发现,表2原状土膨胀性指标%[3]颗粒流方法能够较好地模拟室内实验;程晓明、郝培文等塑性指黏粒含量自由膨液限塑限利用颗粒流软件PFC2D构建室内振动压实模型,分析土石数<2μm胀率混合料中石料粗糙度、刚度、最大粒径、含石量对密度和模48．823．325．524．151量的影响,验证了土石混填路基的振动压实特性及土石混表3膨胀土胀缩等级标准%[4]填路基的主要影响因素;王子杰等应用离散单元法对铁强膨胀土中膨胀土弱

7、膨胀土路道砟的力学特性进行了研究。通过研究道砟颗粒形状、自由膨胀率9065~9040~65围压、级配、压实度及轴向压力等参数对体积应变、轴向残地基分级变形量sc7035~7015~35余变形、道床弹性模量等指标的影响,为道床的设计、建设及维护提供参考,且通过对应的数值模拟从细观的角度研改良材料砾石在厂址附近的河谷内取得,颗粒组成如表4究试样内部受力分布及颗粒相对位移等,进一步分析有砟所示。所取试样特征为:灰黄色、颗粒呈圆形或亚圆形、磨圆度一般,其母岩成份以花岗岩为主,矿物成分以石英、长石、暗收稿时间:2017-01-11色矿物为主。粒径一般为4~1

8、8mm,最大约为40mm,中等作者简介:段喜璐(1989-),女,河南开封人,在读硕士研究生,主要研究方向:市政工程设计与