申请/专利权人：东南大学

申请日：2019-11-27

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110941869B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F30/23;E01C3/00;G06Q50/08;G06F119/14;G06F111/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2020.04.24#实质审查的生效;2020.03.31#公开

摘要：本发明公开了一种获取路基土地基系数的数值模拟方法，在PFC3D软件中实现，包括以下步骤：（1）路基土模型与压板模型构建：包括PFC3D软件中路基土离散元颗粒模型构建、PFC3D软件和SolidWorks软件中路基土模型边界墙构建、SolidWorks软件中压板模型构建；（2）压板加载过程模拟：包括填细砂过程模拟、预加荷载过程模拟和正式加载过程模拟；（3）路基土地基系数计算。本方法提供了一种在PFC3D软件中模拟地基系数测量试验的方法，在实际工程或技术研究中可与其他路基土离散元方法相结合，例如先在PFC3D中模拟路基土压实过程，再应用此方法获取压实后路基土的地基系数K30，从而判断压实效果。

主权项：1.一种获取路基土地基系数的数值模拟方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：（1）路基土与压板模型构建；（2）压板加载过程模拟；（3）路基土地基系数K30计算；所述步骤（1）中所述的路基土与压板模型构建，分为以下三步：①路基土离散元模型边界墙构建；②路基土离散元模型构建；③压板模型构建；步骤（2）中所述的压板加载过程模拟，分为以下三步：①填细砂过程模拟；②预加荷载过程模拟；③正式加载过程模拟；步骤（1）中①路基土离散元模型边界墙墙体构建操作具体如下：边界墙一部分利用PFC3D软件自带的墙体建模功能构建，另一部分在SolidWorks软件中建模后导入PFC3D软件；墙体在SolidWorks软件中构建并由侧面墙体（1）、外环底面墙体（2）、第一内环底面墙体（3）、第二内环底面墙体（4）组成，其中侧面墙体（1）呈圆筒状、外环底面墙体（2）呈圆环状、第一内环底面墙体（3）呈圆台面状；第二内环底面墙体（4）呈圆形；以墙体性质导入PFC3D软件中后，侧面墙体（1）、外环底面墙体（2）、第二内环底面墙体（4）三部分的中轴线共线，侧面墙体（1）和外环底面墙体（2）为连接不可分的整体，侧面墙体（1）的直径为1.5m,第二内环底面墙体（4）可在竖直方向上移动，直径与压板一致，均为0.3m，且与外环底面墙体（2）位置平行；外环底面墙体（2）中间的圆孔直径为第二内环底面墙体（4）直径的3倍；外环底面墙体（2）的圆孔边缘与第二内环底面墙体（4）的边缘之间以第一内环底面墙体（3）相连接；其中第一内环底面墙体（3）是在PFC3D中直接建立的墙体，在压板加载模拟过程中，随着每时步中第二内环底面墙体（4）竖直位置的变化，第一内环底面墙体（3）在每时步中均重新生成，形成以外环底面墙体（2）的圆孔边缘为上底面圆周，以第二内环底面墙体（4）的边缘为下底面圆周的圆台面；步骤（1）中②路基土离散元模型构建操作具体如下：在PFC3D软件中建立路基土离散元模型，路基土模型由球体组成，球体的密度值取为路基土土粒比重；在路基土实测级配曲线基础上，由于路基土微粒实际粒径过小，在模拟时为提高计算效率，应在实测各档粒径基础上扩大一定倍数；标定土体的微观参数由试错法标定，细粒路基土采用线性接触模型和接触粘结模型，粗粒路基土采用线性接触模型和滑动模型；其中细粒路基土采用线性接触模型包含接触法向刚度kn和接触切向刚度ks两参数；所述接触粘结模型包含法向强度σ和切向强度τ，粗粒路基土采用线性接触模型包含接触法向刚度kn和接触切向刚度ks两参数；所述滑动模型含摩擦系数fric一个参数；步骤（1）中①中所构建的4面墙体中，此时第二内环底面墙体（4）与外环底面墙体（2）共面，第一内环底面墙体（3）仅在此时表现为一个圆环；在PFC3D中为以上4面墙体所围成的区域加上顶面墙体，在各面围成的圆柱形区域内部生成模拟路基土的球体，并设置其微观参数，模型生成完毕后删除所加的顶面墙体；各面墙体的接触法向刚度kn、接触切向刚度ks取值与路基土一致；步骤（1）中③压板模型构建操作具体如下：压板模型在SolidWorks软件中构建，为直径为0.3m的扁圆柱体，以墙体性质导入PFC3D软件中；压板墙体的接触法向刚度kn、接触切向刚度ks取值均为路基土相应参数的10倍；步骤（2）中①填细砂过程模拟操作具体如下：由于步骤（1）中所取的墙体粒径远大于实际路基土粒径，故路基土模型上表面难以完全平整，应进行模拟填细砂处理；在PFC3D软件的模拟环境中设置竖直向下的重力，在压板的放置处上方处生成大量粒径为0.075mm的墙体，使其在重力作用下自由下落，填塞下方路基土表面的不平整处，填至高出路基土模型表面；调用软件后台中各粒径为0.075mm的墙体的球心，编写子程序删除球心高于路基土模型表面的球体，从而形成平整的路基土表面；步骤（2）中②预加荷载过程模拟操作具体如下：将压板放置于路基土模型表面，压板中轴线与侧面墙体（1）、外环底面墙体（2）、第二内环底面墙体（4）三部分共同的中轴线共线；在PFC3D软件中编写伺服程序，在各时步中不断调整压板速度，实现压板对路基土压力的控制；压板压强达到0.01MPa后保持30秒，再为压板赋予竖直向上的速度，使压板恢复原位；待路基土模型中平均不平衡力与平均接触力之比小于0.1%后进行下一步；步骤（2）中③正式加载过程模拟操作具体如下：在PFC3D软件中编写伺服程序，在各时步中不断调整压板速度，实现压板对路基土压力的控制；压板压强以0.04MPa为一个等级，逐级加载至总沉降量超过1.25mm后停止继续加载；模拟各级压强加载时，当压板速度接近为0时可认为本级沉降结束；若路基土模型深度不超过0.5m，采用以下方法：第一步：先实测路基土下方土层的地基系数K30，获取压板压强与土层沉降量之间的关系曲线；第二步：在PFC3D软件中模拟加载时，在压强伺服程序运行时，编写程序使每时步中均检测第二内环底面墙体（4）表面所受的平均压强，代入第一步所得的关系曲线，用插值法获取此时的下层土层沉降量；在下一时步之初，即控制第二内环底面墙体（4）在竖直方向上发生此沉降量，同时重新生成第一内环底面墙体（3），使路基土模型下部边界墙体保持完整；此步骤目的在于模拟地基系数检测中路基土下层地基的沉降，以第二内环底面墙体（4）在竖直方向上的位置变动模拟实测时下层地基的形变；而第一内环底面墙体（3）起过渡作用；第二内环底面墙体（4）位于压板正下方且与压板直径相等，在超出3倍压板直径的范围中，认为下层地基不受压板加载影响，不发生形变，此边界由上述外环底面墙体（2）表征；调取压板在各级加载时竖直方向最终稳定的沉降值，绘制压板压强与竖直方向沉降值之间的关系曲线。

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百度查询： 东南大学 一种获取路基土地基系数的数值模拟方法

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