基于三维离散单元法的级配碎石动三轴数值试验研究

作     者：王赫 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马骉;侯芸

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：道路工程 级配碎石 离散元模型 动三轴数值试验 永久变形 微力学参数 颗粒组成 

摘      要：级配碎石是典型的散体材料,具有明显的颗粒性结构特征、非线性力学特性及较大的变异性,物理力学特性复杂,采用连续介质力学理论和常规的室内试验难以从本质上揭示其复杂的物理力学特性、变形及破坏机理,本论文以此为背景开展级配碎石三维动三轴数值试验方法及其应用研究。本文通过新“generate逻辑生成试件,采用球体和平行粘结模型模拟边界条件与三段压实方法模拟成型,构建了级配碎石动三轴数值试验模型。对比引用文献数据和本文试验结果,证明了PFC5.0-3D软件模型的可靠性;通过分析室内动三轴试验和数值试验结果,证明了数值试验方法的可靠性。通过长期加卸载循环数值试验,建议加卸载次数至少为200次;通过真实颗粒形状和球体分别进行动三轴数值试验,结果表明采用球体无法全面分析材料结构-力学特性,模拟结果误差较大,推荐采用真实颗粒形状进行数值试验研究。根据上述确定的模型参数和试验条件进行数值试验研究,得到如下主要结论:（1）根据单档料粒径试验确定橡胶球层厚与顶墙最大运动速率（1e1m/s）,并分析微力学参数对级配碎石动三轴数值试验的影响,结果表明:选取弹性模量在30GPa40GPa、摩擦系数在0.4～0.6范围内的集料试验结果较好。（2）颗粒组成对级配碎石永久变形的影响分析得出:19～26.5mm及16～19mm粒径主要作为骨架颗粒,体积分数应控制在55%65%之间;4.75mm粒径作为填充颗粒,体积分数应控制在20%25%之间;13.2mm和9.5mm粒径作为过渡颗粒,体积分数控制应在20%以内。（3）总结分析动三轴数值试验级配碎石永久变形的细观特征,揭示了级配碎石永久变形的机理,细观特征因素基于级配碎石永久变形影响程度重要性的排序为:空隙率及微应力应变颗粒接触（接触力接触数量）颗粒运动（速度矢量颗粒平移与转动位移矢量颗粒坐标）颗粒结构能量响应。