大粒径块石形状的振动碾压模拟方法

摘要

为了保证大粒径块石在堆石坝和高填方等填筑工程中的稳定性，有效评估大粒径块石压实效果的研究非常必要.该文利用PFC2D离散元软件，对大粒径块石的振动压实过程进行了数值模拟，通过随机几何凹凸多边形模拟了块石形状，并采用cluster进行替换模拟了颗粒破碎.为了解碾压前后级配的变化以及颗粒发生破碎时的粒径区间，提出了计算基于形状和破碎下的颗粒级配统计的方法.对比数值模拟的表面沉降率与现场试验结果，验证了数值模拟的有效性.监测数值模拟的颗粒位移及应力响应、颗粒间空隙率等来判断振动碾压后的颗粒压实效果.研究表明：增加碾压遍数可以显著增加颗粒位移，降低颗粒间空隙率；压实能量作用效应(如颗粒位移、空隙率减小程度、峰值动应力和静土压力增量)随深度的增加而迅速减小，压实能量主要沿竖直方向传播.并且大粒径的颗粒破碎主要为粒径为0.35 m的，破碎后的颗粒粒径多为0.15 m.研究可为大粒径块石填料的填筑工程中的级配和摊铺层厚度选择提供理论依据和支撑.

关键词

块石填料 / 离散元 / 振动碾压 / 级配 / 压实效应 / 颗粒破碎