›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (6): 1849-1856.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

人工胶结砂土力学特性的离散元模拟

蒋明镜1, 2,孙渝刚1, 2   

  1. 1. 同济大学 地下建筑与工程系,上海 2009;2. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092
  • 出版日期:2011-06-10 发布日期:2011-06-21
  • 作者简介:蒋明镜,男,1965年生,博士,同济大学特聘教授,主要从事太空土、深海能源土、天然结构性黏土、砂土、非饱和土宏观微观试验、本构模型和数值分析研究以及土体渐进破坏分析
  • 基金资助:

    国家杰出青年科学基金资助(No. 51025932);国家自然科学基金资助项目(No. 10972158)

A DEM modelling of mechanical behaviour of artificially cemented sand

JIANG Ming-jing1, 2, SUN Yu-gang1, 2   

  1. 1. Deptartment of Geotechnical Engineering, College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical & Underground Engineering, Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China
  • Online:2011-06-10 Published:2011-06-21

摘要: 采用离散单元法(DEM)对胶结砂土力学特性进行模拟。将基于室内试验测得的理想胶结颗粒接触力学响应引入到开发的二维离散元程序(NS2D)中,模拟胶结砂土颗粒间的胶结作用。对不同胶结强度和围压的胶结砂土进行平面应变双轴压缩试验模拟,并将模拟结果与Wang和Leung[1]提供的人工胶结砂土的试验结果进行比较。最后对数值模拟中胶结试样的微观力学响应(接触力链、胶结点破坏率和位移场)进行分析。结果表明,离散元数值模拟能够有效地反映胶结砂土的主要力学特性,相比同一初始孔隙比的无胶结松散砂土,胶结砂土将具有更高的强度,应力-应变关系呈应变软化,体变为先剪缩后剪胀,且两者的差异随胶结强度的增大和围压的减小而越趋显著。此外,胶结砂土宏观力学响应(应力-应变关系和剪胀性)与其微观力学响应密切相关。

关键词: 胶结砂土, 理想胶结颗粒, 接触模型, 离散单元法

Abstract: This paper presents a numerical investigation of cemented sand behaviours using the distinct element method (DEM). First, the test results of the contact behaviours between the idealized bonded granules were introduced in two-dimensional DEM code (NS2D) to simulate the bonding effect between particles in cemented sand. Second, a series of biaxial compression tests on cemented sand of different bonding strengths and confining pressures were carried out by the DEM simulations. Then, the DEM results were compared with the test results on artificially cemented sand obtained by Wang and Leung[1]. Finally, the analysis of micromechanical responses (i.e. contact force chain, bond breakage ratio, and displacement field) in DEM specimens was presented in this paper. The simulation results show that the DEM model is able to capture the main mechanical behaviours of cemented sand, such as the strength enhancement, strain softening and volumetric dilation. The different features between cemented sand and uncemented sand become more pronounced with the increasing of bonding strength and deceasing of confining pressure. The macromechanical responses (i.e. stress-strain and volumetric-axial strain relationships) of cemented sand are associated with the micromechanical responses (i.e. contact force chain, bond breakage ratio, and displacement field)

Key words: cemented sand, idealized bonded granules, contact model, distinct element method

中图分类号: 

  • TU443
[1] 旷杜敏, 龙志林, 周益春, 闫超萍, 陈佳敏, . 基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感 效应预测研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 390-399.
[2] 张成功, 尹振宇, 吴则祥, 金银富, . 颗粒形状对粒状材料圆柱塌落影响的 三维离散元模拟 [J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1197-1203.
[3] 景 路, 郭颂怡, 赵 涛, . 基于流体动力学-离散单元耦合算法的 海底滑坡动力学分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 388-394.
[4] 刘勋楠,赵兰浩,毛 佳,许 栋,. 三维距离势离散单元法[J]. , 2018, 39(7): 2639-2650.
[5] 周兴涛,盛 谦,崔 臻,冷先伦,付晓东,马亚丽娜, . 颗粒离散单元法动力人工边界设置方法[J]. , 2018, 39(7): 2671-2680.
[6] 崔 臻,盛 谦,冷先伦,罗庆姿,. 地下洞室地震动力响应的岩体结构控制效应[J]. , 2018, 39(5): 1811-1824.
[7] 刘 笋,蒋明镜,付 昌,朱俊高,. 结构性砂土静力触探试验离散元分析[J]. , 2018, 39(3): 933-942.
[8] 李 磊,蒋明镜,张伏光, . 深部岩石考虑残余强度时三轴试验离散元定量模拟及参数分析[J]. , 2018, 39(3): 1082-1090.
[9] 罗 滔,E. T. Ooi,A. H. C Chan,傅少君,. 一种模拟堆石料颗粒破碎的离散元-比例边界有限元结合法[J]. , 2017, 38(5): 1463-1471.
[10] 张 徐,赵春发,翟婉明,冯 洋. 铁路有砟道床振动和变形的离散元模拟与试验验证[J]. , 2017, 38(5): 1481-1488.
[11] 王志超,李大鸣,. 基于SPH-DEM流-固耦合算法的滑坡涌浪模拟[J]. , 2017, 38(4): 1226-1232.
[12] 罗 滔,OOI E T,CHAN A H C,傅少君,. 一种模拟堆石料的二维多边形离散单元法及程序[J]. , 2017, 38(3): 883-892.
[13] 贺 洁 ,蒋明镜 , . 孔隙填充型能源土的宏微观力学特性真三轴试验离散元分析[J]. , 2016, 37(10): 3026-3034.
[14] 蒋明镜 ,奚邦禄 ,申志福 ,戴永生 , . 月壤水平开挖推剪阻力影响因素离散元数值分析[J]. , 2016, 37(1): 229-236.
[15] 蒋明镜 ,付 昌 ,刘静德 ,李 涛 , . 各向异性结构性砂土离散元分析[J]. , 2015, 36(S1): 577-584.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 吴昌瑜,张 伟,李思慎,朱国胜. 减压井机械淤堵机制与防治方法试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3181 -3187 .
[2] 陈红江,李夕兵,刘爱华. 矿井突水水源判别的多组逐步Bayes判别方法研究[J]. , 2009, 30(12): 3655 -3659 .
[3] 和法国,谌文武,韩文峰,张景科. 高分子材料SH固沙性能与微结构相关性研究[J]. , 2009, 30(12): 3803 -3807 .
[4] 雷永生. 西安地铁二号线下穿城墙及钟楼保护措施研究[J]. , 2010, 31(1): 223 -228 .
[5] 肖 忠,王元战,及春宁,黄泰坤,单 旭. 波浪作用下加固软基上大圆筒结构稳定性分析[J]. , 2010, 31(8): 2648 -2654 .
[6] 柴 波,殷坤龙,陈丽霞,李远耀. 岩体结构控制下的斜坡变形特征[J]. , 2009, 30(2): 521 -525 .
[7] 赵洪波,茹忠亮,张士科. SVM在地下工程可靠性分析中的应用[J]. , 2009, 30(2): 526 -530 .
[8] 徐 扬,高 谦,李 欣,李俊华,贾云喜. 土石混合体渗透性现场试坑试验研究[J]. , 2009, 30(3): 855 -858 .
[9] 章定文,刘松玉,顾沉颖. 各向异性初始应力状态下圆柱孔扩张理论弹塑性分析[J]. , 2009, 30(6): 1631 -1634 .
[10] 邓华锋,张国栋,王乐华,邓成进,郭 靖,鲁 涛. 导流隧洞开挖施工的爆破振动监测与分析[J]. , 2011, 32(3): 855 -860 .