基于PFC3D的砂土破碎细观模拟

摘 要：运用PFC3D模拟砂土细观破碎是离散元中比较常用的方法，国内外很多研究者研究了砂土在一维压缩和三轴实验下的细观破碎模拟。很多学者对砂土破碎准则做出了很多论证，本文将论证其中的一种，得到砂土的e-logσ曲线看齐定性规律是否符合实验趋势。

关键词：细观模拟；准则；PFC3D

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.088

0 引言

颗粒材料在很多领域都应用的特别广泛，在工程领域中，可以将砂土看做一个个圆形颗粒。砂土颗粒的破碎会造成工程地基应力的变化，这种变化往往对建筑是不利的，例如：大楼、码头、轨道等建筑物。砂土颗粒破碎会引起这些建筑物的地基承载力的减小或者丧失，会引起上部建筑物的不均匀沉降，严重的甚至会引起上部建筑的倾覆，造成巨大的财产损失和人员伤亡。

运用PFC2D研究砂土颗粒破碎已经十分成熟了，随着计算机效率的不断提高，PFC3D模拟砂土细观破碎也被越来越多的人运用。PFC3D可以比PFC2D更加直观的模拟砂土破碎。在本文中，會模拟砂土在一维压缩过程中的破碎，采用 wei zhou[1]在其三维细观模拟中所运用的颗粒破碎准则来进行砂土细观破碎模拟。

1 颗粒破碎

1.1 颗粒破碎模型

砂土破碎之后，生成小颗粒可以使用绑定模型和替代模型，但是在3D中采用替代模型比较多。G.R.McDOWELL[2]提出了3D中的替代模型，采用叠合法来生成小球，并使生成前后的球质量守恒。叠合法的优势是能够提高运算效率，但是在运算过程中会产生很大的叠合量，使得模型的内应力较大，但是可以通过在运行过程中通过循环在消除内应力。所以就采用如图1的破碎模型。

1.3 颗粒破碎模拟及结果

一维压缩的试样根据G.R.McDOWELL[3]的模型，采用20mm高，底面直径为10毫米的圆柱形试样，内部颗粒数为857个。对其进行一维压缩。压缩结果如图2所示。

将图2和J.DE BONO[3]运用其他准则模拟相比，发现符合一般规律。

2 结论

根据以上模拟结果显示，本文所采用的准则适用于一维压缩模拟之中。

参考文献：

[1]Wei Zhou·Lifu Yang·Gang Ma·Xiaolin Chang·Yonggang Cheng1·Dianqing Li.Macro–micro responses of crushable granular materialsin simulated true triaxial tests. Granular Matter. DOI 10.1007/s10035-015-0571-3.

[2]G.R. McDOWELL and J.P.DE BONO. On the micro mechanics of one-dimensional normal compression.Ge?otechnique 63， No. 11， 895–908.

[3]J.DE BONO and G.MCDOWELL.Particle breakage criteria in discrete-element modelling. de Bono，J.& McDowell，G. Géotechnique.

作者简介：张检（1991-），男，硕士，主要研究方向：砂土破碎细观模拟。