[發(fā)明專利]按指定級配孔隙率生成均質(zhì)土樣的離散元土樣制備方法

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• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113361116A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹軍;王康宇;李偉杰;陳振寰;陳澤敏;方伶聰;陳鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵

1.按指定級配孔隙率生成均質(zhì)土樣的離散元土樣制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)級配曲線的控制點(diǎn)分區(qū)段確定顆粒數(shù)目，具體為，根據(jù)試樣尺寸、孔隙率和級配曲線計(jì)算每一個區(qū)段顆粒的總體積，通過總體積得到區(qū)段顆粒總數(shù)目；在區(qū)段的粒徑范圍內(nèi)隨機(jī)選取粒徑值，選取的次數(shù)為區(qū)段總顆粒數(shù)；重復(fù)此步驟確定所有區(qū)段的顆粒數(shù)目；

步驟2：將試樣按高度進(jìn)行分層，每一層的高度在顆粒平均粒徑的20-30倍；單獨(dú)對每一層制備試樣，通過步驟1按指定級配和孔隙率確定一層的顆粒數(shù)目，然后按其兩層的尺寸生成六面墻，在六面墻圍成的長方體空間內(nèi)給顆粒隨機(jī)確定一個位置；給顆粒賦予線性接觸，使離散元軟件運(yùn)行2000-5000步，每一百步給顆粒的速度清零，讓顆粒緩慢彈開，之后再運(yùn)行離散元軟件，直至顆粒運(yùn)動速度接近零，使顆粒分散均勻；然后控制上下墻往中間移動，將顆粒壓縮到一層的空間內(nèi)，之后墻體停止移動，運(yùn)行離散元軟件使顆粒運(yùn)動平衡，顆粒速度接近零；記錄這一層的顆粒半徑和位置坐標(biāo)，刪除這層的顆粒和墻體；再重復(fù)以上步驟完成其他層的顆粒半徑和位置坐標(biāo)的記錄；

步驟3：將步驟2確定的多層試樣進(jìn)行組裝，通過改變層顆粒的Z軸坐標(biāo)值按層進(jìn)行疊加；為了消除組裝后層與層之間的分層現(xiàn)象，將上下兩層之間的顆粒刪除，復(fù)制更下一層的中間顆粒來進(jìn)行替換，位于最下面分層處的顆粒則通過復(fù)制最高層中間處的顆粒進(jìn)行替換；之后運(yùn)行離散元軟件，直至顆粒運(yùn)動速度接近零，使顆粒分散均勻；

步驟4：對步驟3得到試樣施加重力和摩擦力，運(yùn)行離散元軟件，使土體在重力的作用下沉降固結(jié)，最終顆粒速度接近零。

2.如權(quán)利要求1所述的按指定級配空隙率生成均質(zhì)土樣的離散元土樣制備方法，其特征在于：步驟1中，為了簡化步驟，每一個區(qū)段顆粒直徑均勻分布。

3.如權(quán)利要求1所述的按指定級配空隙率生成均質(zhì)土樣的離散元土樣制備方法，其特征在于：步驟1中，區(qū)段顆粒總數(shù)目是通過該區(qū)段總體積除以該區(qū)段顆粒最大粒徑和最小粒徑的平均值得到。

4.如權(quán)利要求1所述的按指定級配空隙率生成均質(zhì)土樣的離散元土樣制備方法，其特征在于：步驟2中在六面墻圍成的長方體空間內(nèi)給顆粒隨機(jī)確定一個位置，其具體步驟為：在X、Y、Z范圍內(nèi)分別隨機(jī)選一個值，不考慮顆粒的重疊。

5.如權(quán)利要求1所述的按指定級配空隙率生成均質(zhì)土樣的離散元土樣制備方法，其特征在于：步驟4之前的重力摩擦力都是零。