循环荷载作用下路基粗粒土宏细观力学特性的离散元模拟

摘要

进入21世纪以来，国家大力发展基础建设，随着我国经济的高速发展，交通将会更便捷，越来越多的地铁、高铁将会被规划和修建。在高铁运营通车后很长一段使用期内，针对高速铁路路基粗粒填料力学性质与长期稳定性的研究已经成为一个非常迫切的研究课题。粗粒土是一种非常复杂的离散颗粒土，它不仅在国内分布广泛，它未来在工程中应用方面的研究将迫在眉睫，因此研究粗粒土的宏观力学特性与细观力学特性是大势所趋。研究高速铁路路基的长期稳定性问题，其实质就是研究循环荷载作用下，高速铁路路基粗粒土的应力----应变关系以及累计永久变形问题。从中国的高铁发展速度来看，这个研究方向将具有实际应用价值。从材料的组构方面来分析，粗粒土的力学特征很大程度上受其自身细观结构的复杂性影响，因此采用专门研究粗粒土这种离散颗粒土的PFC3D软件来探寻循环荷载作用下高速铁路路基粗粒土的宏细观力学特性具有必要性。
　　本研究主要内容包括：⑴将基于Akke S.J.suiker完成的高铁路基填料土的三轴压缩试验中的土颗粒级配，建立高速铁路填方路基粗粒土的PFC3D数值模型。⑵通过与Akke S.J.suiker整理的室内三轴试验的结果进行对比分析，验证标定的颗粒流细观参数的有效性以及本文采用方法的可靠性和合理性。⑶对循环荷载作用下粗粒土在细观上的体积应变、偏应变、应力比、位移场的变化等进行力学响应分析。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

第2章 PFC3D理论及粗粒土循环加载的技术开发

2.1 引言

2.2 概述

2.3 颗粒流计算的基本思路

2.4 细观参数标定概述

2.5 伺服控制技术

2.6 本章小结

第3章 铁路路基填料室内三轴压缩试验的仿真模拟

3.1 引言

3.2 试样制备与试验仪器

3.3 粗粒土三轴压缩应力—应变关系概述

3.4 试验结果分析

3.5 颗粒流数值模拟的实现过程

3.6 颗粒流模型的验证与数值模拟结果分析

3.7 粗粒土三维颗粒流数值模拟试验中应力链的变化规律

3.8 本章小结

第4章 循环荷载作用下粗粒土力学特性的颗粒流模拟

4.1 引言

4.2 粗粒土进行循环荷载的实现

4.3 体积应变与偏应变特性的变化规律

4.4 应力比-q/p的变化规律

4.5 偏应变κ的变化规律

4.6 位移场的变化规律

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 进一步研究的建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文