[發明專利]建立級配碎石抗剪性能數值預估模型的方法

有效

• 申請號: 201710941020.2
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107796713B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 馬濤;丁珣昊;黃曉明;張玉貞;郭兆民
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G06F119/14
• 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

本發明公開了一種建立級配碎石抗剪性能數值預估模型的方法，包括以下步驟：(1)選取樣本顆粒；(2)粗集料顆粒虛擬建模：獲取樣品顆粒的輪廓坐標，建立虛擬顆粒母體樣本，完成大批量顆粒成型的目標；(3)剪切試件虛擬建模：建立墻模型來模擬試模，篩除錯誤逃逸顆粒；(4)虛擬剪切模型加載：對墻模型分別在不同階段賦予伺服運行機制、恒速運行機制，來模擬抗剪試驗中應力、應變控制兩種方式；(5)試驗結果統計與整理：記錄抗剪試驗過程中應力應變曲線以及極限破壞狀態下的應力應變數據。本發明通過批量建立級配碎石抗剪性能數值預估模型，完成抗剪性能評價的數值仿真，能夠較為快速的評價級配碎石的抗剪特征。

技術領域

本發明涉及道路工程數值仿真方法，尤其涉及一種建立級配碎石抗剪性能數值預估模型的方法。

背景技術

作為最基本的路用材料，級配碎石廣泛運用于瀝青路面的基層、底基層中，作為支撐路面的功能型結構，級配碎石層的抗剪性能至關重要，較高的抗剪強度能夠使得級配碎石層具有較好的承載能力，保證面層的平整。而在現有的道路工程中，對于級配碎石層抗剪性能的評價較為單一，主要依賴于室內試驗，不僅操作復雜，實驗結果還受外部環境的影響，同時大量的室內試驗耗費巨大，不能夠快捷、全面的評價級配碎石的材料屬性。

發明內容

發明目的：本發明提供一種建立級配碎石抗剪性能數值預估模型的方法，能夠快速評價級配碎石的抗剪特征，為實際道路工程中的材料評價提供指導。

技術方案：本發明包括以下步驟：

(1)選取樣本顆粒；

(2)粗集料顆粒虛擬建模：獲取樣品顆粒的輪廓坐標，建立虛擬顆粒母體樣本，完成大批量顆粒成型的目標；

(3)剪切試件虛擬建模：建立墻模型來模擬試模，篩除錯誤逃逸顆粒；

(4)虛擬剪切模型加載：對墻模型分別在不同階段賦予伺服運行機制、恒速運行機制，來模擬抗剪試驗中應力、應變控制兩種方式。

(5)試驗結果統計與整理：記錄抗剪試驗過程中應力應變曲線以及極限破壞狀態下的應力應變數據。

步驟(1)中，篩選出的級配碎石顆粒粒徑在所需范圍內，顆粒長度小于其粒徑的2.4倍，厚度大于其粒徑的0.4倍。步驟(2)中，將樣本顆粒的輪廓坐標統一縮放為所需范圍內的某固定數值粒徑的坐標數據，并進行邊緣篩選，成型為該固定數值的虛擬顆粒，建立每檔粒徑的控制隨機數；當成型其它粒徑顆粒時，在該固定數值的虛擬顆粒基礎上，將該固定數值的輪廓坐標數據統一乘以某一種控制隨機數，以完成其它粒徑顆粒的批量成型,各檔粒徑空置隨機數按照下述公式計算，其中Urand是在0-1之間均勻分布的隨機數：

其次，需要對固定數值顆粒的邊緣輪廓坐標進行篩選，首先選取起始坐標與篩選閾值，起始坐標選擇隨機。以起始坐標為起點，按照顆粒輪廓坐標順時針判斷，以篩選閾值為步長，坐標之間的距離在閾值以內的篩除，直到找到第一個閾值以外的坐標作為新的起點，以新的起點為開始，繼續上述判斷篩選過程，直至所有坐標判斷結束。

步驟(3)中，首先成型粗集料虛擬骨架，通過遍歷生成小球生成細集料，對成型的虛擬試件運行一定步數至穩定狀態，通過動態接觸判別方法，篩除錯誤逃逸顆粒。其動態接觸判別方法原理如下:

①運行足夠數量的計算步，使得顆粒保持穩定狀態，試件體系的不平衡力應該小于一定的控制值；

②固定粗集料圓盤x，y方向速度為0，賦予細集料圓盤一個較小的沿y軸向上的初速度，并運行極小的計算步，向上的初速度推薦為0.1m/s,計算步推薦為100；