岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 645-654.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1095

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考虑各向异性影响的冻土修正线性黏结接触模型开发及应用

张革1, 2,曹玲1, 2,王成汤3   

  1. 1. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北 宜昌 443002;2. 三峡大学 土木与建筑学院,湖北 宜昌 443002; 3. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2022-07-13 接受日期:2022-11-29 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-21
  • 通讯作者: 王成汤,男,1992年生,博士,助理研究员,主要从事岩土力学与工程方面的研究。E-mail: ctwang@whrsm.ac.cn E-mail:zhangge@ctgu.edu.cn
  • 作者简介:张革,男,1991年生,博士,讲师,主要从事岩土本构模型及数值模拟方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No. 42207222);国家重点研发计划(No. 2017YFC1501304)。

Development and application of modified linear bond contact model of frozen soil considering anisotropy

ZHANG Ge1, 2, CAO Ling1, 2, WANG Cheng-tang3   

  1. 1. Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area, Ministry of Education, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002, China; 2. College of Civil Engineering & Architecture, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002, China; 3. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2022-07-13 Accepted:2022-11-29 Online:2023-11-16 Published:2023-11-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 42207222) and the Key R&D Program of China (2017YFC1501304).

摘要: 针对冻土的各向异性特性,基于线性黏结接触模型,建立了能够反映冻土各向异性特性的修正线性黏结接触模型,并通过C++语言生成供颗粒流程序PFC3D调用的离散元本构子程序DLL。首先对单一接触进行了拉伸、直接剪切测试,通过对比数值与理论结果,验证了考虑各向异性影响的冻土修正线性黏结接触模型的正确性。此外,模拟了不同温度条件下的冻土三轴压缩试验,并与试验得到的应力-应变曲线进行对比,结果表明,所提出的修正线性黏结接触模型对冻土具有较好的适用性。基于标定后的模型细观参数,开展了一系列的三轴压缩离散元数值模拟,利用模拟结果探讨了虚拟弱面法向倾角对冻土的应力-应变曲线特征、强度及抗剪强度指标的影响,并分析了有效配位数、细观组构量的演化规律。研究结果可为冻土各向异性宏-细观力学特性提供数值基础。

关键词: 冻土, 颗粒离散元, 修正线性黏结模型, 二次开发, 各向异性

Abstract: Aiming at the anisotropic characteristics of frozen soil, this paper established a modified linear bond contact model that can reflect the anisotropic characteristics of frozen soil based on the linear bond contact model, and generated a discrete element constitutive subroutine (DLL) for particle flow program (PFC3D) calls through C++. Firstly, tensile and shear stimulations were carried out on a single contact. By comparing numerical and theoretical results, the calculation accuracy of the modified linear bond contact model for frozen soil considering orthotropic was verified. In addition, the triaxial compression tests of frozen soil at different temperatures were simulated and compared with the stress-strain curves obtained from the tests. The results show that the proposed modified linear bond contact model has good applicability to frozen soil. Based on the calibrated meso-parameters of the model, a series of triaxial compression discrete element numerical simulations was carried out. Using the simulation results, the influences of the inclination of the virtual weak surface on the stress-strain curve characteristics, strength and shear strength indexes of frozen soil were discussed, and the evolution laws of effective coordination number and meso-fabric quantity were analyzed. The research results can provide a basis for using numerical methods to study the orthotropic macro meso-mechanical properties of frozen soil.

Key words: frozen soil, particle discrete element, modified linear bonding model, secondary development, anisotropy

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