[發明專利]一種混合粗集料密實度的模擬測試方法

有效

• 申請號: 201410103845.3
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103914592B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 孫璐;任皎龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種混合粗集料密實度的模擬測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）混合粗集料物理模型的構建

①基本參數的測試：

①A、測定各規格粗集料的表觀密度；

①B、測定各規格粗集料的表面不均勻系數：

在第i種規格粗集料中，隨機挑選不少于5個粗集料樣本，利用游標卡尺測取每個樣本的粒徑，每個樣本的測量結果不少于5個，從中選取最大測量值和最小測量值，按式（I）計算第i種規格粗集料的表面不均勻系數；

ai=Σ1ndsDsn---(I)]]>

式中：a_i：第i種規格粗集料的表面不均勻系數，無量綱，i為大于0的自然數；

n：從第i種規格粗集料中挑選的粗集料樣本的數目，無量綱，n為不小于5的自然數；

D_s：第i種規格粗集料的第s個樣本粒徑的最大測量值，mm，s為1到n之間的自然數；

d_s：第i種規格粗集料的第s個樣本粒徑的最小測量值，mm，s為1到n之間的自然數；

按上述方法依次測定各規格粗集料的表面不均勻系數；

②料筒的模擬：

利用PFC^2D內置命令“wall”生成兩片長度為H的豎直墻體和一片長度為W的水平墻體組成開口向上的半封閉矩形以模擬料筒；

③混合粗集料的生成：

③A、根據第i種規格粗集料質量、表觀密度和料筒尺寸計算第i種規格粗集料的二維映射面積S_i，見式（II），利用PFC^2D內置命令“ball”在模擬料筒中生成圓顆粒，并使之符合第i種規格粗集料的粒徑要求，當生成顆粒的總面積達到S_i時，停止顆粒生成，這些圓顆粒即為第i種規格粗集料的母體顆粒，利用PFC^2D內置命令“array”存儲每個母體顆粒的圓心坐標、半徑、編號等基本信息；

Si=4miπρiW---(II)]]>

式中：S_i：第i種規格粗集料的二維映射面積，cm²，i為大于0的自然數；

m_i：第i種規格粗集料的質量，g，i為大于0的自然數；

W：水平墻體長度，cm；

ρ_i：第i種規格粗集料的表觀密度，g/cm³，i為大于0的自然數；

③B、利用PFC^2D內置命令“b_id”自動地搜索第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒，并根據編號自動地讀取該母體顆粒的圓心坐標、半徑等基本信息，進而根據第i種規格粗集料的表面不均勻系數，利用PFC^2D內置命令“ball”生成四個全等的圓形子顆粒，其半徑按式（III）計算，圓心坐標分別按式（IV）～式（VII）計算；利用PFC^2D內置命令“clump”將上述四個子顆粒組合為一個整體，構成不規則顆粒，并利用PFC^2D內置命令“delete”刪除上述編號為t的母體顆粒，從而將第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒轉換為相應的不規則顆粒，當第i種規格粗集料的所有母體顆粒粒轉換為相應的不規則顆粒后，搜索停止，從而完成第i種規格粗集料的生成，上述過程由PFC^2D自動執行，無需人為控制；

rit=πRit23π-4arctan(1-ai2/ai)+4ai1-ai2+4ai2---(III)]]>

x_1,it=X_it-a_ir_it?????（IV）

x_2,it=X_it+a_ir_it?????（V）

y_1,it=Y_it-a_ir_it?????（VI）

y_2,it=Y_it+a_ir_it?????（VII）

式中：R_it：第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的半徑，cm，i、t為大于0的自然數；

r_it：根據第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的基本信息生成的四個子顆粒的半徑，cm，i、t為大于0的自然數；

X_it：第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的圓心的x軸坐標值，cm，i、t為大于0的自然數；

Y_it：第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的圓心的y軸坐標值，cm，i、t為大于0的自然數；

x_1,it：根據第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的基本信息生成的四個子顆粒中第一個子顆粒和第四個子顆粒的圓心的x軸坐標值，cm，i、t為大于0的自然數；

x_2,it：根據第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的基本信息生成的四個子顆粒中第二個子顆粒和第三個子顆粒的圓心的x軸坐標值，cm，i、t為大于0的自然數；

y_1,it：根據第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的基本信息生成的四個子顆粒中第一個子顆粒和第二個子顆粒的圓心的y軸坐標值，cm，i、t為大于0的自然數；

y_2,it：根據第i種規格粗集料中編號為t的母體顆粒的基本信息生成的四個子顆粒中第三個子顆粒和第四個子顆粒的圓心的y軸坐標值，cm，i、t為大于0的自然數；

其它符號同式（I）；

③C、重復步驟③A和步驟③B，依次在模擬料筒中生成各規格粗集料，從而組成混合粗集料物理模型；

（2）微力學參數的輸入

利用PFC^2D內置命令“prop”賦予混合粗集料物理模型以微力學參數，包括泊松比ν、剪切模量G和摩擦系數μ；

微力學參數可通過粗集料巖性查閱相關巖土工程手冊獲取；

（3）混合料粗集料物理模型振動密實過程的模擬

①混合料粗集料物理模型振動密實過程的模擬：

利用PFC^2D內置命令“wall”生成長度為W的墻體以模擬加載板，并以其對模擬料筒中的混合粗集料進行快速擾動，以實現對混合粗集料物理模型的振動密實；加載板的速度由PFC^2D自動地按正弦函數控制，見式（VIII），無需人為設定；

υ＝0.06sin314T??????(VIII)

式中：υ：加載板在加載時間為T時的速度，m/s；

T：加載時間，s；

②最佳密實狀態的判定

在混合粗集料物理模型振動密實的過程中，實時監測混合粗集料物理模型的配位數，建立配位數～振動時間關系曲線，當配位數穩定后，即可判定混合粗集料物理模型達到最佳密實狀態；所述的配位數是指顆粒與顆粒間接觸點的平均數；配位數越大，接觸點越多，密實程度越高，配位數和振動時間由PFC^2D自動記錄；

（4）混合粗集料物理模型密實度的計算：

以混合粗集料物理模型達到最佳密實狀態時的振實密度表征混合粗集料密實度，通過PFC^2D自動獲取此時兩片水平墻體的豎直距離b，則振實密度ρ’可按式（IX）計算；

ρ′=ΣρiSiWb---(IX)]]>

式中：ρ’：振實密度，g/cm³；

b：混合粗集料物理模型達到最佳密實狀態時兩片水平墻體的豎直距離，cm；

其它符號同式（II）。