传统的计算土力学主要有两部分组成,一部分是基于太沙基发展的土力学,里面包含了很多经验总结成的公式,属于解析解的范畴;另一部分是基于本构理论与有限元理论建立的岩土弹塑性力学,通常需要借助于计算机进行计算,属于数值解的范畴。
离散元方法建立的基础为:1)牛顿第二定律,也就是加速度定律;2)颗粒本构模型。前者决定了力到位移的关系,后者决定了位移到力的关系,于是实现了应力-应变关系。
这里提一下离散元方法的两大优势:大变形破坏、渐变破坏
借助于传统土力学的概念来分析离散元模型,可以站在“巨人”的肩膀上看世界。比如我们常用的三轴试验,其实对应的为莫尔库伦屈服法则。这里借用剑桥模型中应力比的概念来分析砂土边坡的渐变破坏模式。
首先我们需要布置测量圆,这里按一个曲线进行布置。
restore zizhong
ball attribute displacement multiply 0
set mech age 0
measure delete
[measure_rad=wlx*0.03]
measure create position -0.16 0.36 radius [measure_rad] id 1
measure create position -0.10 0.25 radius [measure_rad] id 2
measure create position 0 0.15 radius [measure_rad] id 3
measure create position 0.1 0.09 radius [measure_rad] id 4
[mp1=measure.find(1)]
[mp2=measure.find(2)]
[mp3=measure.find(3)]
[mp4=measure.find(4)]
之后写函数计算其p、q以及应力比
首先我们先看一下坡后土体的应力路径,所谓应力路径,也就是q-p曲线。下图为测量圆1的应力路径曲线,颜色和时间有关系,暖色调是开始,冷色调是结束。可以看出应力路径向左下方移动直到破坏发生。
将四个测量圆的应力路径绘制在一张图上,会看到差不多的趋势,但因为颗粒数的问题,对应力带来一些偏差,所以对于临界状态线的描述不是特别直观。
应力比的定义为n=q/p,在剑桥模型理论中认为临界状态线为q=Mp,M为材料参数,可见应力比的理论趋势应该增大到M为止。
我们可以直接在PFC中看到四个应力比的变化。因为测量误差和理论假设的存在,最后的峰值不一定都到M,所以这里使用峰值来判定其破坏是比较合理的。
图中可以看出,测量圆3的应力比先达到峰值,随后测量圆2达到峰值,之后测量圆4,最后才是测量圆1。下图为其破坏顺序,不知道和现实中的破坏模式是否完全一致,但这也算是离散元中常用的分析渐变破坏的方法了。