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常规三轴(排水)标定砂土研究示例(一)

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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




来源:离散元及有限差分模拟
离散元PFC控制试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-03-17
最近编辑:1年前
素墨
硕士 个人gzh:离散元数值模拟交流
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