砂土在循环荷载作用下离散元数值模拟参数分析及影响因素研究

论文摘要

砂土是一种常见的地基土。在循环荷载作用下，地基的变形将十分显著，对工程的安全性、稳定性和使用功能产生不利影响，所以研究砂土的循环变形特性具有重要意义。从本质上讲，砂土的变形特性受微细观结构的变化控制，因此有必要对砂土在循环荷载下变形的细观机理进行研究。研究砂土的细观机理时通常要建立合适的数值试样来进行数值模拟，而数值模拟中选择合理的参数是关键。本文利用颗粒离散元法，从细观角度运用PFC2D软件对循环荷载作用下砂土的力学性质进行了数值模拟，探讨了循环荷载作用下松散砂土数值试样在不同参数情况下的细观变化。主要内容如下：1、利用二维颗粒流程序（PFC2D）制定了五个不同的研究方案来进行离散元数值模拟。这五个方案分别考察了循环加载特性（包括应力水平、固结应力比和加载速率）以及试样材料的特性（包括试样颗粒的刚度比值、被动加载面墙体的摩擦系数）对砂土在循环荷载作用下变形特性的影响。2、通过对所有五个方案的数值模拟结果的比较分析，可以得出固结应力比k0以及试样颗粒刚度比值kn/ks的改变对试样的轴应变、颗粒接触力分布及位移分布等影响最大。由此可以总结：在应力水平、固结应力比、加载速率、颗粒刚度比值和被动加载面墙体摩擦系数这几个参数中固结应力比k0以及试样颗粒刚度比值kn/ks是最敏感的参数。在进行试样的循环加载研究时对这两个参数的选择应该更加谨慎。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展动态
• 1.2.1 循环荷载作用下砂土的受力情况研究现状
• 1.2.2 离散单元法的创立及发展现状
• 1.2.3 离散元数值分析软件 PFC 2D 在我国的应用研究情况
• 1.2.4 问题分析与进一步研究的必要性
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 离散元数值模拟程序 PFC 2D 的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 PFC 2D 软件的基本假定
• 2.3 PFC 2D 软件的基本计算原理
• 2.4 PFC 2D 的接触本构模型
• 2.4.1 刚度模型
• 2.4.2 滑动模型
• 2.4.3 连接模型
• 2.5 PFC 2D 的力-位移定律
• 2.6 PFC 2D 软件的量测法则
• 2.6.1 颗粒的平均接触数
• 2.6.2 孔隙率
• 2.6.3 应力
• 2.7 本章小结
• 第三章 循环荷载下松砂受力性能离散元数值模拟研究方案
• 3.1 引言
• 3.2 基准数值试样的模拟
• 3.2.1 基准试样模型的建立
• 3.2.2 基准试样模型加载模拟
• 3.2.3 基准试样模型循环加载模拟结果
• 3.3 循环加载试验模拟方案
• 3.4 本章小结
• 第四章 数值模拟结果及影响因素分析
• 4.1 引言
• 4.2 循环加载特性的影响
• 4.2.1 应力水平的影响
• 4.2.2 固结应力比的影响
• 4.2.3 加载速率的影响
• 4.3 试样材料特性的影响
• 4.3.1 试样颗粒刚度比的影响
• 4.3.2 墙体摩擦系数的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文