[發(fā)明專利]一種基于連續(xù)-離散單元耦合的強夯加固地基模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810341287.2
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108629089B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王建;楊長衛(wèi);孫曉丹;黃藝丹
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 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(zé)任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

一種基于三維連續(xù)?離散單元耦合的強夯加固地基模擬方法，主要包括步驟如下：(a)利用反分析方法，建立散體顆粒三軸試驗?zāi)Ｐ停瑢︻w粒細(xì)觀力學(xué)參數(shù)進行校正；(b)對散體強夯試驗進行模擬，以驗證細(xì)觀力學(xué)參數(shù)；(c)建立強夯加固地基連續(xù)體模型，包括地基和夯錘兩部分；(d)根據(jù)連續(xù)?離散耦合方法，利用連續(xù)域表面(face)生成離散域界面(wall)；(e)生成離散域顆粒模型，完成強夯加固地基模擬離散?連續(xù)耦合。本發(fā)明基于連續(xù)?離散耦合方法和動力學(xué)分析，可適用于不同形狀夯錘?不同類型地基土動力相互作用的量化分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土力學(xué)研究領(lǐng)域，特別涉及軟土地基、煤矸石地基等不良場地處理的理論與實踐三維模擬方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者利用室內(nèi)試驗及現(xiàn)場測試方法，對不同類型的地基土，如黃土、軟土、砂土或碎石土地基強夯加固機理進行了研究。根據(jù)介質(zhì)的連續(xù)性分類，可將研究方法分為基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的研究和基于離散介質(zhì)力學(xué)的研究。根據(jù)物理本質(zhì)，離散介質(zhì)適用于離散介質(zhì)力學(xué)的原理及方法；夯錘及大范圍的地基土體適用于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的原理和方法。因此，散體地基強夯作用過程，與一般的土-結(jié)構(gòu)作用過程相似，適用于連續(xù)-離散介質(zhì)耦合的研究方法，如有限元-離散元耦合方法。

常規(guī)的測試方法和測試精度限制是巖土工程試驗精細(xì)化、精準(zhǔn)化所面臨的主要問題；利用多尺度方法和離散元計算，可以突破這一限制，在宏觀參數(shù)與試驗結(jié)果相同或相近的情況下，獲取到細(xì)觀物理力學(xué)參數(shù)信息，從而有望將當(dāng)前夯擊機理的定性描述進行定量化分析，并修正已有的認(rèn)識。

關(guān)于夯擊機理研究方面，國內(nèi)外研究人員利用各種模擬方法進行了分析。如利用有限單元法軟件Plaxis研究了碎石地基高能強夯下的變形；如利用離散單元法軟件PFC研究了碎石土高填方地基在強夯作用下的橫觀各向同性性質(zhì)；如利用PFC軟件研究了砂土地基強夯作用下的動力響應(yīng)，并在二維離散域內(nèi)模擬砂土 -夯錘相互作用過程。基于連續(xù)介質(zhì)理論的方法不能量化分析夯擊過程中巖土散體介質(zhì)的運動學(xué)和動力學(xué)特性；基于離散介質(zhì)理論的模擬方法能夠較好地反應(yīng)散體顆粒的材料性能，無法準(zhǔn)確描述復(fù)雜形態(tài)夯錘的受力特征及其慣性作用。由于研究方法的局限性，當(dāng)前對土體夯擊機理的認(rèn)識尚處于定性描述和假說階段，對夯錘-散體(尤其是凹底夯錘-散體)相互作用的認(rèn)識基本處于空白。這些問題，同時也是柱錘夯擴或彈體侵徹散體介質(zhì)所面臨的主要問題。基于連續(xù)-離散介質(zhì)耦合方法研究夯擊作用問題，將能從物理本質(zhì)上解決上述問題；此外，若從細(xì)觀尺度研究散體介質(zhì)的動態(tài)反應(yīng)，將有望獲得宏觀力學(xué)行為機理性的認(rèn)識。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有研究的不足，提供了一種基于三維連續(xù)-離散單元耦合的強夯加固地基模擬方法，旨在能夠準(zhǔn)確描述復(fù)雜形態(tài)夯錘作用下，地基土動力相互作用的量化分析。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種基于三維連續(xù)-離散單元耦合的強夯加固地基模擬方法，包括以下步驟：

(1)利用反分析方法，建立散體顆粒三軸試驗?zāi)Ｐ停瑢︻w粒細(xì)觀力學(xué)參數(shù)進行校正；

(2)對散體強夯試驗進行模擬，以驗證細(xì)觀力學(xué)參數(shù)；

(3)建立強夯加固地基連續(xù)體模型，包括地基連續(xù)模型和夯錘模型兩部分；

(4)根據(jù)連續(xù)-離散耦合方法，利用連續(xù)域表面(face)生成離散域界面 (wall)；

(5)生成離散域顆粒模型，完成強夯加固地基模擬離散-連續(xù)耦合；

(6)在地基內(nèi)部不同部位布置加速度、土壓力及孔隙率監(jiān)測點。

所述的步驟(1)中，散體顆粒粒徑及級配分布根據(jù)篩分試驗確定，三軸試驗圍壓由強夯引起的土體應(yīng)力最大值確定，細(xì)觀力學(xué)參數(shù)值由宏觀力學(xué)參數(shù)值進行反分析獲得；所述的步驟(2)中，根據(jù)三軸試驗?zāi)M所獲取的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)，對強夯試驗進行模擬，模擬結(jié)果(主要為動土壓力)需與室內(nèi)試驗結(jié)果匹配，以驗證所獲取的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)值；