基于PFC2D的松砂和密砂的双轴压缩试验模拟

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了六种不同的电容模型，并通过仿真数据对比了它们在高频下的性能差异。其中，使用边界条件的模型在高频下性能较差，而校准过的金属block电容模型表现更好。文章建议在高速率下使用经过严格测试校准的金属block电容模型进行仿真。同时，还提到了电容仿真的其他细节和参考资料。

松砂和密实砂在双轴压缩过程中的力学行为有所不同。

在PFC2D中，采用球颗粒模拟砂粒，视砂粒之间的不存在内聚力作用，砂粒之间的接触采用线性接触模拟，分别生成松散和密实的模型，进行双轴压缩试验，对比了其力学行为的差异。

为了获得松散的试样，球-球接触使用的摩擦系数为0.3。在整个模拟过程中（样本制备，各向同性压实，双轴压缩），该值将保持不变。壁摩擦力设置为零，这样在球面接触中不会产生剪切力。无摩擦壁的使用减少了制备和压缩阶段的边界效应。

为了制备致密的样品，将球形接触时的摩擦力初始设置为零。在准备阶段和压实阶段之后，但在双轴压缩之前，将球形接触的摩擦系数设置为0.3。

双轴试验分两个阶段进行：固结阶段和双轴压缩阶段。在各向同性固结阶段，通过使用墙体的伺服功能，使试样在规定的围压下达到平衡。之后在恒定侧向应力下进行垂直方向的压缩模拟。

最终的松砂模型和密砂模型的计算结果对比如下：

松砂和密砂试样的竖向应力应变曲线如下，可看出，随着竖向应变的增长，松砂试样的应力持续增长，而密砂试样随着竖向应变的增长，竖向应力先快速增长后逐渐衰减，出现了明显的波峰。

松砂试样和密砂试样的体应变随竖向应变的对比结果如下图所示，在双轴压缩过程中，松砂试样体积持续减小，而密砂试样在加载初期历经一个体积缩小过程后逐渐转化为体积膨胀。

主要建模过程及代码展示如下：