基于柔性边界的非饱和接触模型参数标定方法

摘要

离散元法（DEM）是研究非饱和土力学性质的重要方法，其模拟的可靠性取决于非饱和接触模型细观参数的准确标定。目前，对非饱和接触模型细观参数的标定方法缺乏系统研究。本文提出一种基于柔性边界的标定离散元（DEM）中非饱和接触模型细观参数的方法，对非饱和接触模型细观参数进行系统标定，并通过参数敏感性分析揭示了非饱和接触模型中细观参数与宏观力学性质的相关性。首先，通过正交试验设计对细观参数的取值范围进行优化，分析细观参数对宏观响应的敏感性，结果表明：非饱和土的割线模量E₅₀主要受摩擦系数μ、吸力ψ、杨氏模量E的影响，影响程度为μ>ψ>E；非饱和土的峰值强度S_p主要受吸力ψ、摩擦系数μ的影响，其影响程度为ψ>μ>E。其次，根据敏感性分析结果确定相关宏观响应的显著影响参数，利用基于中心复合试验设计（CCD）的响应面分析方法建立非饱和土宏观力学参数与显著影响参数之间的回归方程。再次，根据回归方程建立非饱和土细观参数的最优化模型，使用MATLAB中的FMINCON函数对其进行求解，获得细观参数的最优解。最后，利用获得的最优参数，模拟不同围压下非饱和土的三轴试验并与试验结果进行对比，验证所标定参数的有效性。该方法可为进一步分析非饱和土的细观力学性质提供基础。

关键词

非饱和土 / 柔性边界 / 细观参数标定 / 三轴试验 / 离散元

基金资助

国家自然科学基金项目（51878666）; 中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司科技研究开发计划课题（WLMQ–KGHZGS–HRTL–GGB–2020–0032）; 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室开发课题（KF2021–01）