車輛荷載作用下離散連續(xù)耦合計(jì)算加筋路堤模型建立方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車輛荷載作用下離散連續(xù)耦合計(jì)算加筋路堤模型建立方法，包括以下步驟：a、在FLAC中建立高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型；b、在FLAC高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型中刪除筋土界面區(qū)域PFC部分的連續(xù)單元；c、在筋土界面區(qū)域PFC部分建立顆粒流數(shù)值模型；d、得出速度波


，車輛荷載轉(zhuǎn)化為速度余弦波；PFC根據(jù)得到的速度通過(guò)接觸位移關(guān)系計(jì)算交界面處的接觸力，并施加到交界面處的的顆粒上，同時(shí)也傳送回FLAC中，完成一時(shí)步計(jì)算；e、FLAC和PFC同時(shí)開始下一時(shí)步計(jì)算，直至平衡。此種方法提高了計(jì)算效率，縮短了計(jì)算時(shí)間。
【專利說(shuō)明】車輛荷載作用下離散連續(xù)耦合計(jì)算加筋路堤模型建立方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及土工檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地，涉及一種車輛荷載作用下離散連續(xù)耦合 計(jì)算加筋路堤模型建立方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 土工合成材料與土體界面作用機(jī)理直接決定了加筋土工程的質(zhì)量，研究動(dòng)載作用 下筋土界面作用特性能夠更加深入的揭示眾多實(shí)際加筋工程的加筋機(jī)理。但目前的研究基 本上是通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)宏觀的探討了動(dòng)載作用下筋土界面的力學(xué)性質(zhì)，而基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué) 的有限元方法數(shù)值模擬筋土界面特性的情況，也只能分析其宏觀特性。顆粒離散元法數(shù)值 模擬手段可以在得到筋土界面相互作用的宏觀力學(xué)響的同時(shí)，獲得土體細(xì)觀組構(gòu)參量的變 化規(guī)律。
[0003] PFC3D是Itasca公司2008年發(fā)布的一款高端產(chǎn)品，特別適合十復(fù)雜機(jī)理性問(wèn)題研 究。它是利用顯式差分算法和離散兀理論開發(fā)的微/細(xì)觀力學(xué)程序，它是從介質(zhì)的基本粒 子結(jié)構(gòu)的角度考慮介質(zhì)的基本力學(xué)特性，并認(rèn)為給定介質(zhì)在不同應(yīng)力條件下的基本特性主 要取決十粒子之間接觸狀態(tài)的變化，適用研究粒狀集合體的破裂和破裂發(fā)展問(wèn)題、以及顆 粒的流動(dòng)等大位移直問(wèn)題。在巖土體工程中可以用來(lái)研究結(jié)構(gòu)開裂、堆石材料特性和穩(wěn)定 性、礦山崩落開采、邊坡解體、爆破沖擊等一系列傳統(tǒng)數(shù)值方法難以解決的問(wèn)題?；陬w粒 流方法，利用PFC3D軟件及其二次開發(fā)程序?qū)囕v荷載作用下筋土界面相互作用進(jìn)行細(xì)觀 模擬，此種方式還鮮有人員進(jìn)行嘗試。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種車輛荷載作用下離散連續(xù)耦合計(jì)算加筋路堤模型建立 方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種車輛荷載作用下離散連續(xù)耦合計(jì)算加筋路堤模 型建立方法，包括以下步驟： a、 在FLAC中建立高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型，地基深度15m，路堤高28m，地基底部 施加固定約束，左右兩邊施加水平約束，并計(jì)算得出筋土界面區(qū)域PFC部分的初始邊界條 件； b、 在FLAC高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型中刪除筋土界面區(qū)域PFC部分的連續(xù)單元，打 開Socket I/O接口等待連接； c、 在筋土界面區(qū)域PFC部分建立顆粒流數(shù)值模型，顆粒流模型為上底20m，下底32m，高 6m的梯形，模型內(nèi)部有兩排土工格柵，分別長(zhǎng)24m和28m ;將FLAC計(jì)算獲得的初始邊界條件 施加到筋土界面區(qū)域離散元數(shù)值模型邊界上，循環(huán)至平衡后打開Socket I/O接口與FLAC 連接； d、 在路堤頂端中部施加車輛荷載，由于車輪碾壓時(shí)會(huì)對(duì)路堤產(chǎn)生壓力，碾壓后壓力消 失，故路堤中部所受壓力時(shí)有時(shí)無(wú)，車輛荷載可近似簡(jiǎn)化為力正弦波，通過(guò)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定 律，當(dāng)正弦加速度波的周期為7%持時(shí)為纟，加速度波為峠 M?r/T)sm(27S/r),則積分后可得 速度波v(f)= 〇.5(l-sm (27Ε/Γ)),車輛荷載可轉(zhuǎn)化為速度余弦波，振幅2. 5X KT3 m/s，頻率 IHz ;FLAC將交界面處單元的速度通過(guò)Socket I/O接口傳送到PFC中，PFC根據(jù)得到的速度 通過(guò)接觸位移關(guān)系計(jì)算交界面處的接觸力，并施加到交界面處的的顆粒上，同時(shí)也傳送回 FLAC中，完成一時(shí)步計(jì)算； e、FLAC和PFC同時(shí)開始下一時(shí)步計(jì)算，直至平衡。
[0007] 本發(fā)明具有以下有益效果： 采用離散-連續(xù)耦合方法對(duì)高填方路堤進(jìn)行數(shù)值模擬，即在需要細(xì)觀分析的土工格柵 與土體接觸處采用PFC建模，地基及遠(yuǎn)離筋土界面區(qū)域的路堤采用FLAC建模，提高了計(jì)算 效率，縮短了計(jì)算時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái) 提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成 對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中： 圖1是本發(fā)明中在FLAC中建立高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型圖； 圖2是本發(fā)明中在FLAC高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型中刪除筋土界面區(qū)域PFC部分 的連續(xù)單元模型圖； 圖3是本發(fā)明中在筋土界面區(qū)域PFC部分建立顆粒流數(shù)值模型圖； 圖4是本發(fā)明中車輛荷載可轉(zhuǎn)化為速度余弦波的波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0010] 采用離散-連續(xù)耦合方法對(duì)高填方路堤進(jìn)行數(shù)值模擬，即在需要細(xì)觀分析的土工 格柵與土體接觸處采用PFC建模，地基及遠(yuǎn)離筋土界面區(qū)域的路堤采用FLAC建模，以提高 計(jì)算效率，縮短計(jì)算時(shí)間。細(xì)觀參數(shù)取值如下： UPFC數(shù)值試樣細(xì)觀參數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種車輛荷載作用下離散連續(xù)耦合計(jì)算加筋路堤模型建立方法，其特征在于，包括 以下步驟： a、 在FLAC中建立高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型，地基深度15m，路堤高28m，地基底部 施加固定約束，左右兩邊施加水平約束，并計(jì)算得出筋土界面區(qū)域PFC部分的初始邊界條 件； b、 在FLAC高填方路堤連續(xù)單元數(shù)值模型中刪除筋土界面區(qū)域PFC部分的連續(xù)單元，打 開SocketI/O接口等待連接； c、 在筋土界面區(qū)域PFC部分建立顆粒流數(shù)值模型，顆粒流模型為上底20m，下底32m，高 6m的梯形，模型內(nèi)部有兩排土工格柵，分別長(zhǎng)24m和28m;將FLAC計(jì)算獲得的初始邊界條件 施加到筋土界面區(qū)域離散元數(shù)值模型邊界上，循環(huán)至平衡后打開SocketI/O接口與FLAC 連接； d、 在路堤頂端中部施加車輛荷載，由于車輪碾壓時(shí)會(huì)對(duì)路堤產(chǎn)生壓力，碾壓后壓力消 失，故路堤中部所受壓力時(shí)有時(shí)無(wú)，車輛荷載可近似簡(jiǎn)化為力正弦波，通過(guò)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定 律，當(dāng)正弦加速度波的周期為7、持時(shí)為I，加速度波為(XT),則積分后可得 速度波ν(?)=0.5(1-sm(2iS/r)),車輛荷載可轉(zhuǎn)化為速度余弦波，振幅2·5Χ10_3m/s，頻率 IHz;FLAC將交界面處單元的速度通過(guò)SocketI/O接口傳送到PFC中，PFC根據(jù)得到的速度 通過(guò)接觸位移關(guān)系計(jì)算交界面處的接觸力，并施加到交界面處的的顆粒上，同時(shí)也傳送回 FLAC中，完成一時(shí)步計(jì)算； e、FLAC和PFC同時(shí)開始下一時(shí)步計(jì)算，直至平衡。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104462822SQ201410760005
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】王家全, 王宇帆 申請(qǐng)人:廣西科技大學(xué)