常规三轴（排水）标定砂土研究示例（一）

常规三轴（排水）标定砂土研究示例（一）

问题描述

通常，我们在做离散元模拟的时候，第一步就是要通过单元体试验确定好离散元接触模型的力学参数，使得接下来的模拟能够跟真实物理试验具有定量一致性。

可是，许多小伙伴在这一步就困住了，主要的表现有几点：

1、不知道如何使用PFC建立单元体试验（通常为三轴压缩）模型。 

2、不知道如何选择接触模型。 

3、不知道如何调整参数，使得数值试验与试样响应相似。

本系列文章将阐述以上问题的一些解决思路，希望能够帮助读者找到参数标定的一些门道。

离散元模拟常规三轴试验程序流

1.成样

成样这一步可以使用多种方法，例如：颗粒膨胀法、分层压实法等等，这里采用常用的颗粒膨胀法。这里有几个要点： 

1、需要制定孔隙比和颗粒级配。 

2、指定的孔隙比要比你需要的孔隙比稍微大一点点，因为之后要预压并且可能会存在颗粒损失。

3、只能通过 try and error 最后得到比需要的孔隙比稍微大一点的试样。本程序流能够监测成样后的孔隙比，方便 try and error。

可以看到能按照指定的颗粒级配成样，并测量试样内的级配曲线。以及获得初始试样的孔隙率及孔隙比。

2. 预压

预压的目的是使得试样内部颗粒、力链更加均匀。它的物理意义是给试验施加一个较小的围压，通常为5kPa或10kPa。预压的技术难点在于，如何建立墙体的伺服程序流。这方面有很多文章、论文都有详细介绍，不赘述。

预压的另一个目的在于，在这个阶段可以调整颗粒间的摩擦系数，使得预压后具有不同的孔隙比，这样能够和室内试验取得一致性。下图可以看到，预压后孔隙比有微小的变化，我们要做的就是不断调整颗粒间摩擦系数，控制最后的孔隙比和试验内的相近。这里有个规律需要注意：摩擦系数越大，预压后试样越松散，孔隙率越大。摩擦系数越小，预压后试样越紧凑，孔隙率越小。根据这个规律就能很好地把控调整方向。

3. 固结

固结的目的是模拟常规三轴试验固结的物理过程，即对试样施加围压，这里只需要更改目标应力值就可，实现过程和预压这一过程并无本质区别。

固结时，所有的参数都是真实的参数了，不同于预压，这一点尤其要注意。下图可以看到，固结到指定的围压了200kPa。

4. 三轴压缩

三轴压缩这一步骤是模拟真实常规三轴压缩（排水）试样，在 s33应力方向（即大主应力方向）逐渐增加，而s11=s22方向的应力均保持不变。可以看到下面给出的典型轴向应变20%内的力学响应，符合中密砂的力学特性。