砂土抗剪强度数值模拟的关键技术研究.pdf

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1、第29卷第6期2010年11月浙江海洋学院学报(自然科学J皈)JournalofZhejiangOceanUniversity(NaturalScience)V01．29No．6Nov．，2010文章编号：1008-830X(2010)06—0575—04砂土抗剪强度数值模拟的关键技术研究吴力平L2，张建标1，李刚1(1．杭州广播电视大学，浙江杭州310012；2．浙江工业大学，浙江杭州310032)摘要：利用二维颗粒流软件PFC2D对砂土的抗剪强度进行研究。通过建立数值试样模型、设立相对合理参数、引用“橡皮膜”程序等方法对砂土的三轴剪切试验进行数值模拟，模拟的结果较好地反映了砂土

2、的力学性质。关键词：砂土；抗剪强度；二维颗粒流程序中图分类号：TU441+．4文献标识码：AResearchonKeyTechniquesofNumericalSimulationofSandShearStrengthWULi—pin91tZHANGJian—bia01，LIGan91(1．HangzhouRadio&TVUniversity．Hangzhou310012；2．ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou310032，China)Abstract：ShearstrengthofsandalestudiedmakeuseofthePa

3、rticleFlowCodein2Dimensions．Throughtheestablishmentofnumericalsamplemodel，settinguprelativelyreasonableparameters，citing”rub—berfilm”programandothermethodstocarryonthenumericalsimulationofthesandthree—axlesheartest．Thesimulationresultsbetterreflectthemechanicalpropertiesofsandbetter．Keywords：s

4、and；shearstrength；ParticleFlowCodein2Dimensions砂土是地基土中比较常见的一种土的类型。砂土的抗剪强度是指在外力作用下，砂土土体内部产生剪应力时砂土对剪切破坏的极限抵抗能力。砂土的抗剪强度主要应用于砂性土的地基承载力计算和地基稳定性分析、边坡稳定性分析、挡土墙土压力计算等方面。砂土的抗剪强度是决定砂性土地基稳定性的关键因素。所以研究砂土抗剪强度及其变化规律对于工程设计、施工管理等具有重要的理论和实际意义。为了研究砂土的抗剪强度。1773年法国科学家C．A．Coulomb通过砂土的剪切试验得到了砂土的抗剪强度表达式：f尸c+crtan妒。式

5、中：吁为土的抗剪强度；c为土的粘聚力，对于砂土c=0；盯为剪切面上的正应力；妒为砂土的内摩擦角。砂土抗剪强度的数值主要通过试验来获得。试验方法主要有直接剪切试验、三轴剪切试验和无侧限压缩试验。其中三轴剪切试验的受力条件比较符合实际，试验结果较为精确。但是由于试验仪器设备复杂、操作技术要求高目前还不能普及。本文利用数值模拟软件PFC2D对砂土的三轴剪切试验进行模拟，为砂收稿日期：2010-08—12作者简介：吴力平(1972一)，女，浙江杭州人，讲师，研究方向：环境岩土．第6期吴力平等：砂土抗剪强度数值模拟的关键技术研究576土的抗剪强度研究提供帮助。1数值模拟软件PFC2D简介PF

6、C2D(ParticleFlowCodein2DimensiorIs)软件是ITASCA国际工程咨询公司开发的一种基于二维圆盘单元的颗粒元程序。该软件是一种利用显式差分算法和离散元理论开发的微，细观力学程序，它是从介质的基本粒子结构的角度出发去考虑介质的基本力学特性，并认为给定介质在不同应力条件下的基本特性主要取决于粒子之间接触状态的变化。它适用于研究粒状集合体的破裂和破裂发展等问题。为了更好地进行数值模拟，运用颗粒流理论，PFC2D软件作了以下的基本假定：(1)颗粒单元为刚性体；(2)接触发生在很小的范围内，即点接触；(3)接触特性为柔性接触，接触处允许有一定的重叠；(4)接触处

7、重叠量的大小与接触力有关，与颗粒的大小相比，此重叠量很小；(5)接触处有特殊的连接强度；(6)颗粒单元为圆盘形，但PFC2D软件也允许两个或者多个颗粒组合在一起形成具有任意性状和可变边界的刚性颗粒集合体。在PFC2D模型中，除了有圆形颗粒单元外，还包括“墙”单元。通过“墙”来施加速度边界条件，来达到颗粒组合体模拟围压的目的。颗粒和墙体之间通过接触处的接触力发生作用，对于每一个颗粒都满足运动方程，而对于墙体不满足运动方程，即作用于墙体上的接触力不影响墙体的运动，墙体的运