黏性土无侧限抗压试验颗粒流软件（PFC）模拟的微观分析.pdf

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1、第14卷第16期2014年6月科学技术与工程Vo1．14No．16Jun．20141671—1815(2014)16—0062—05ScienceTechnologyandEngineering@2014Sci．Tech．Engrg．原子能技术黏性土无侧限抗压试验颗粒流软件(PFC)模拟的微观分析陈蕾洪宝宁(武汉理工大学华夏学院，武汉430223；河海大学岩土工程研究所，南京210098)摘要无侧限抗压试验在研究黏性土的力学性质和破坏形态方面有着重要的作用，现从微观方面出发利用颗粒流中的clump单元来模拟黏性土无侧限抗压试验的基

2、本颗粒和“柔性边界”。结果表明初始孔隙比、摩擦系数、颗粒间的刚度和黏聚力都会对黏性土的力学性质和试样内部颗粒间粘结个数及排列方向的变化还有试样剪切滑移带的形态和相关内力变化产生显著的影响。关键词颗粒流软件(PFC)黏性土无侧限微观结构中图法分类号TL631．24；文献标志码A黏性土的工程性质一般会和土粒的成分、形状、矿物组成等等有着不可分割的联系。由于扫描透射电镜的使用，人们认识观察到黏土颗粒是片状的颗粒。同时，黏性土体中存在着很多的次生矿物，而这图1模拟黏土片状颗粒模型些次生矿物大多由针状或者片状的极细的颗粒组Fig．1Simu

3、latingthemodelofclayplate—likeparticles成¨。一般在室内试验进行黏性土无侧限抗压试落雨法就是先在较大的一个空间里生成大量的足够验的观察过程中，只能观察到试验结束时剪切带的的片状黏土颗粒，然后让这些颗粒在自重的作用下最终形态，而不能进行破坏过程的全程观察；一方面面进行沉积，从而形成初始的颗粒集合体，在此基础由于实验过程比较难以控制，模拟现场试验条件的上，运行足够的循环次数，使每个颗粒速度能达到难度也大，另一方面对于试样内部微观情况的分析平衡。存在缺陷。本文用颗粒流软件(PFC)对模拟土样加然后，

4、对母体颗粒进行切样试验，在进行无侧限载全过程进行分析，便于从微观方面对土体的破坏抗压试验时，考虑到没有侧限压力，不可以用刚性的全过程有更深入的了解I4J。墙体(WALL)来代替边界条件，在这里，考虑将直径1黏性土无侧限试验的造样方法很小的圆盘用连接键连接起来，用于模拟无侧限试验的“柔性边界”，这里小颗粒连接而成的柔性边界1．1造样方法就像一层薄膜，其切样尺寸和实验室的小三轴试验基于上述理论，可以用PFC中的一个扩展功能相同，为80ITlm×39．1mm，在此基础上生成clumpclump(簇)单元来模拟黏性土的片状微观结构。设后，

5、再将颗粒的接触刚度增大，图2所示。置将五个单个颗粒排列成一排来模拟片状结构，在1．2无侧限压缩试验的基本参数这里设置每个小球的厚度为单位1，设置每个小球PFC2D中使用边界墙WALL作为边界时，只能半径为0．1mm，将五个小球连成一排形成一个颗粒对WALL施加速度，而不能对WALL施加力，因此簇，大量的颗粒簇可以按一定的方式排列集合从而需要使用伺服控制程序，实时更新WALL的速度，形成黏土试样的模型，图1所示。以便得到指定围压状态。本文运用一种落雨法来形成初始的母体颗粒，轴向加卸载过程有两种形式，即应力控制加载和应变控制加载。在这

6、里通常会使用应变控制加载2013年1O月10日收到第一作者简介：陈蕾(1986一)，女，江苏南京人，硕士。研究方向方法，侧向应力通过伺服控制侧墙速度来保持为常岩土的微观结构和数值模拟。E-mail：chendeiqzyx@163．tom。数，轴向应力通过控制上下加载墙的运动实现，其中侧向应力伺服控制程序与围压中相同J。16期陈蕾，等：黏性土无侧限抗压试验颗粒流软件(PFC)模拟的微观分析6325O—-·一谢羊1n一1×10820Ol5O哺5O局部放大Os．／％(a)法向接触刚觑不同时图2黏性土无侧限抗压试样模型及其边界局部放大图F

7、ig．2Theunconfinedcompressivesamplemodeland—-·一试样ls_6=n_6=15O250．—'一试样2s_6=n』=1oothedrawingofpartialenlargementofclaysoil加卸载过程中，设监测侧向应力、轴向偏应力、轴向应变、体应变，并由监测变量获取模型的宏观参数，包括有弹性模量、泊松比。这其中包括在试验初期记录下试样的初始的高度，加载过程中记录下试样的高度和宽度，上下墙体边界所受到的力和F。，左右边界的受0246力F．和F，则试样的主应力差和应变分别为El／％(F

8、u—FD)H，，、(b)粘结强度(切向粘结强臆_6=法向粘结强度n)不同时1一3■=~100％对于上述所切好的样进行加载，在这里采用应变控制加载程序，设置与应变控制式无侧限抗压仪等同的试验装置，因为是无侧限抗压试验，当试样被压坏的时候就停止试验了，