[發明專利]一種基于連續-離散單元耦合的強夯加固地基模擬方法

有效

• 申請號: 201810341287.2
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108629089B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 王建;楊長衛;孫曉丹;黃藝丹
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;E02D1/02;G06F119/14
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種基于三維連續-離散單元耦合的強夯加固地基模擬方法，特征在于，包括以下步驟：

（1）利用反分析方法，建立散體顆粒三軸試驗模型，對顆粒細觀力學參數進行校正：散體顆粒粒徑及級配分布根據篩分試驗確定，三軸試驗圍壓由強夯引起的土體應力最大值確定，細觀力學參數值由宏觀力學參數值進行反分析獲得；

（2）建立散體強夯試驗模型，對散體室內強夯試驗進行模擬，以驗證細觀力學參數：根據三軸試驗模擬所獲取的細觀力學參數，對散體室內強夯試驗進行模擬，主要為動土壓力的模擬結果需與室內試驗結果匹配，以驗證所獲取的細觀力學參數值；

（3）建立強夯加固地基連續體模型，包括地基連續模型和夯錘模型兩部分；地基連續模型和夯錘模型的幾何形態和力學參數根據常規試驗獲取，地基連續模型和夯錘模型采用有限元建模的方式生成；

（4）根據連續-離散耦合方法，利用連續域表面face生成離散域界面wall；耦合域為散體-連續體的界面，包括地基-散體耦合以及散體-夯錘耦合兩部分，由連續體表面生成；

（5）生成離散域顆粒模型，完成強夯加固地基模擬離散-連續耦合；通過夯錘模型變換，完成多次夯擊模擬；前一次夯擊完成后刪除夯錘，并在后一次夯擊進行前重新生成夯錘模型，以進行同一地基土位置多次反復夯擊模擬；

（6）在模型內部設置多個監測點，以測試夯錘及地基的動力響應特性；

步驟（1）中散體顆粒三軸試驗模型高3m，半徑1m，顆粒粒徑0.2m；所述顆粒細觀力學參數校正方法具體為：通過對模型施加不同的圍壓，在模型頂板和底板施加恒定的速率，同時利用伺服機制，監測頂板和底板的反作用力；利用莫爾-庫倫理論對試驗結果進行擬合，獲得土樣的宏觀力學參數，即內摩擦角和內聚力；

將模擬所獲得的宏觀力學參數與土樣試驗所獲得的力學參數進行比較，并校正細觀力學參數，使得模擬宏觀力學參數與試驗宏觀力學參數相同；

所述步驟（2）中的散體強夯試驗模型為外徑0.510m，內徑0.410m，內部深度1.0m的圓筒，由2384個8節點線性brick C3D8單元組成；夯錘為高0.232m，直徑0.22m的底面外凸圓柱體，由3000個C3D8單元組成；所述步驟（2）中驗證細觀力學參數的方法具體為：將夯擊能為200 N?m即25kg的夯錘落距0.8 m的第一擊時，深度20cm處散體地基豎向土動應力曲線試驗值和模擬值進行比較發現，二者豎向土動應力幅值相當，均約為279kPa，土動應力時程曲線形態相似；同時，數值計算夯沉量與試驗結果相近；

所述步驟（3）中地基連續模型為80 m×80 m×30 m的塊體，中間為半徑5m，高10m的空心圓柱，由21475個C3D8單元組成；夯錘模型為直徑2.2m、高2.2m的圓柱，由960個C3D8單元組成；所述強夯加固地基連續體模型具體生成方法為：由該空心圓柱表面生成連續-離散域耦合界面，即離散元計算的桶形界面；隨后，創建離散域散體地基模型，由115883個球形顆粒組成，再由夯錘表面生成夯錘-顆粒接觸連續-離散域耦合界面，同時，在地基底面設置吸收邊界，在地基四周設置自由場邊界條件，以吸收夯擊在地基內部引起的沖擊波能量；

還需對所述步驟（4）中散體域和連續域進行監測：在散體域內部設置測量球m1-m5，以監測散體內部動土壓力、孔隙率、配位數的變化情況；在連續域表面設置加速度、速度、位移和水平動土壓力監測點A1-A7；在連續域中心設置豎向動土壓力監測點S1-S6；

所述步驟（5）在進行夯擊模擬時還應對強夯作用下夯錘-土體相互作用進行分析，預測夯錘的動力響應及地基不同部位的動力反應；

所述的步驟（6）中，通過在夯錘及地基內部設置多個監測點，以測試夯擊作用下地基土內部加速度、土應力及孔隙率的變化情況。