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采用环向周期边界的静力触探三维离散元模拟
  • ISSN号:1000-6915
  • 期刊名称:《岩石力学与工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:O242[理学—计算数学;理学—数学]
  • 作者机构:[1]上海海事大学海洋科学与工程学院,上海201306, [2]澳大利亚联邦大学工程与信息科技学院,墨尔本3842
  • 相关基金:国家自然科学基金青年基金项目(51208294);上海市研究生教育创新计划项目(20131129);上海市教委科研创新项目(15ZZ081)
中文摘要:

为探寻静力触探的细观机制,采用自主开发的环向周期边界,将轴对称问题转换为1/4模型,对静力触探进行了三维离散元模拟。基于排水三轴试验模拟,通过与全模型模拟结果的对比,验证模型边界的有效性。进一步将环向周期边界用于砂土中的静力触探贯入模拟,在宏观上,深入分析探头贯入过程中土体位移场、应力场、孔隙率分布等特征,数值模拟得到的探头径向应力和端阻应力变化规律与实际Fontainebleau砂模型试验结果较为一致;在细观上,着重探讨了探头端部及杆侧土体的组构各向异性演化规律,并应用组构张量对组构与应力关系进行定量分析,从细观层面揭示了探头承载方式的影响机制。研究结果对提高三维离散元模拟效率和揭示静力触探细观机制具有重要意义。

英文摘要:

In order to explore the micro-mechanism of CPT, a new circumferential periodic boundary was developed to consider the three-dimensional axisymmetric problem with 1/4 of the cylinder. To validate the method, a drained triaxial test was modeled with the proposed method and the traditional full model. The results are comparable and the proposed method is very effective. The method was further used to simulate a cone penetration test in dry Fontainebleau sand. It was found that, the variation of cone radial stress and tip resistance during penetration from the model are in good agreement with the reported test results. The micromechanical responses, such as the distributions of particle displacement, internal stress and local porosity to cone penetration are extensively studied. The evolutions of fabric anisotropy during penetration are also discussed. The relationship between stress and fabric is quantitatively described using fabric tensor, which reveals the mechanism of cone penetration capacity microscopically. The results of the work not only improve the efficiency of three-dimensional discrete element method(DEM) simulation, but also promote better understanding of CPT mechanism.

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期刊信息
  • 《岩石力学与工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国岩石力学与工程学会
  • 主编:冯夏庭
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:rock@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87199250
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6915
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1397/O3
  • 邮发代号:38-315
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,中国科协优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:75823