【摘要】：隨著國內(nèi)外學(xué)者對巖土力學(xué)的進一步研究,人們逐漸意識到要想更深入的認識巖土力學(xué)性質(zhì),就要從其微觀機理入手。離散元方法的出現(xiàn),可以很好地運用到巖土力學(xué)的微觀機理研究中。本文通過現(xiàn)在流行的顆粒流數(shù)值模擬方法,利用PFC來分析砂卵石的細觀結(jié)構(gòu),并得出砂卵石細觀性質(zhì)和宏觀性質(zhì)之間的聯(lián)系,來表述其力學(xué)特征。砂卵石地層是在地下工程施工中經(jīng)常遇見的復(fù)雜地質(zhì)之一,如在成都地鐵施工過程中所遇見的砂卵石地層為典型的富水砂卵石,北京地鐵施工過程中也遇見砂卵石地層。砂卵石地層的主要特點是離散性強、卵石自身強度相對其他細粒土強度高、其分布的幾何規(guī)律性及個體形狀可大體歸類性。在這些特點共同影響下,砂卵石表現(xiàn)出復(fù)雜的力學(xué)特性,從而使地下隧道工程施工面臨著巨大的難度。只有在清楚知道砂卵石微觀機理的前提下,才能對這些問題和困難進行分析攻克。目前對于砂卵石的力學(xué)特性雖然有了大量的理論和試驗基礎(chǔ),但多數(shù)基于有限元分析,有一定的局限性,所以本文通過離散元的方法首先建立基本的力學(xué)試驗?zāi)Ｐ?三軸試驗、堆積試驗、活動門試驗)。通過邊界伺服控制來模擬室內(nèi)試驗的全部過程。通過這些基本的數(shù)值模擬試驗,為文中室內(nèi)試驗提供基礎(chǔ)參數(shù)。本文通過現(xiàn)有的理論基礎(chǔ),利用PFC軟件,研究無水砂卵石的力學(xué)特征,并根據(jù)所取得的數(shù)據(jù)與室內(nèi)試驗、現(xiàn)場實例進行對比,為砂卵石地層隧道施工做一定的理論基礎(chǔ)。其主要研究內(nèi)容如下:(1)對砂卵石的個體表觀特征和細觀特征進行了系統(tǒng)的分類,如形狀、粒徑分配、自身摩擦系數(shù)、剛度強度等。(2)突破傳統(tǒng)有限元的局限性,利用PFC程序,更加直接地模擬試驗過程,并且利用程序的內(nèi)置語言進行二次開發(fā),建立不規(guī)則顆粒模型,證明PFC可以很好地模擬散體力學(xué)特性。系統(tǒng)的分析了不同形狀及不同參數(shù)下的不同宏觀力學(xué)表現(xiàn)。(3)通過室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬,對不同宏細觀參數(shù)下的散體顆粒進行多組試驗對比,得出其內(nèi)在規(guī)律性,揭示宏細觀之間的相互影響。(4)根據(jù)上述結(jié)論與實際工程相印證,來進一步闡釋砂卵石地層隧道施工時的影響和變化,為今后砂卵石施工提供有力的依據(jù)。
[Abstract]:With the further research of geotechnical mechanics at home and abroad, people gradually realize that in order to understand the properties of geotechnical mechanics more deeply, we must start with its microscopic mechanism. The emergence of discrete element method can be well applied to the study of microscopic mechanism of geotechnical mechanics. In this paper, PFC is used to analyze the meso-structure of sand and pebble by using the popular numerical simulation method of particle flow, and the relationship between the meso and macroscopic properties of sand pebble is obtained to express its mechanical characteristics. Sand pebble formation is one of the complex geology often encountered in underground engineering construction. For example, the sand pebble stratum encountered in the construction of Chengdu subway is typical rich in water sand and pebble stratum, and the sand and gravel stratum is also encountered in the construction process of Beijing subway. The main characteristics of sand and pebble strata are strong discreteness, high strength of pebbles compared with other fine grained soils, and their geometric regularity and individual shape can be roughly classified. Under the influence of these characteristics, sand pebbles exhibit complex mechanical properties, which make the construction of underground tunnel engineering face great difficulty. Only when the microcosmic mechanism of sand and pebble is well known can these problems and difficulties be analyzed and overcome. Although there are a lot of theoretical and experimental foundations for the mechanical properties of sand pebbles, most of them are based on finite element analysis and have some limitations. Therefore, in this paper, a basic mechanical test model (triaxial test) is established by discrete element method. Stacking test, movable door test) The whole process of indoor test is simulated by boundary servo control. These basic numerical simulation tests provide the basic parameters for the laboratory test in this paper. In this paper, the mechanical characteristics of anhydrous sand and pebble are studied by using PFC software and the existing theoretical foundation is compared with the data obtained in laboratory tests and field examples, which provides a theoretical basis for tunnel construction in sandy gravel strata. The main research contents are as follows: (1) the individual apparent and mesoscopic characteristics of sand pebbles are systematically classified, such as shape, particle size distribution, friction coefficient, stiffness strength, etc. (2) the limitation of traditional finite element method is broken through. The PFC program is used to simulate the test process more directly, and the program is redeveloped with the built-in language. The irregular particle model is established. It is proved that PFC can well simulate the mechanical properties of the bulk. The different macroscopic mechanical behaviors of different shapes and parameters are systematically analyzed. (3) through laboratory tests and numerical simulation, the experimental results of different macroscopical parameters of granular particles are compared, and the inherent regularity is obtained. (4) according to the above conclusion and actual engineering, the influence and change of tunnel construction in sand and gravel strata are further explained, which provides a strong basis for the construction of sand and gravel in the future.
【學(xué)位授予單位】：魯東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U452.11

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本文編號：2410612