基于直剪试验的堆积碎石类材料细观参数标定方法及模拟验证

杨文剑; 刘怀忠; 谢红强; 肖明砾; 卓莉

doi:10.15961/j.jsuese.202100470

工程科学与技术 ›› 2022, Vol. 54 ›› Issue (03) : 46 -54. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100470

基于直剪试验的堆积碎石类材料细观参数标定方法及模拟验证

杨文剑, 刘怀忠, 谢红强, 肖明砾, 卓莉

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摘要

颗粒材料的3维离散元数值模拟的可靠性取决于细观参数的合理标定。目前，对颗粒材料细观模拟参数的标定方法还缺少系统性的研究。本文通过对室内直剪试验和数值模拟的对比分析，揭示了碎石颗粒材料宏观力学参数与颗粒间细观参数的相关性，提出碎石颗粒材料数值模拟细观参数的标定方法，并验证该标定方法的合理性。结果表明：在线性模型中，碎石颗粒试样的宏观弹性常数与碎石的粒间法向接触刚度呈正相关，而对粒间切向接触刚度的变化不敏感；基于此提出的粒间接触刚度（法向、切向）标定方法，直剪数值模拟的剪应力–剪位移曲线计算结果与室内试验值吻合度较高，验证了该标定方法的可靠性及合理性。在直接剪切过程中，碎石颗粒内部力链网络随着剪位移的增加逐渐由垂直方向向剪切盒对角线方向偏转，随着颗粒的整体速度场变化而出现剪缩和剪胀现象；采用本文提出的细观参数标定方法对室内滑坡运动试验开展数值模拟，数值模拟的滑坡碎石堆积形态与室内试验结果基本一致，验证了该方法在堆积碎石滑坡模拟分析中的适用性。