填石路基动力夯实颗粒流离散元数值分析——HHT液压夯实技术为例

摘要

天然的路基材料结构排列松散，很难满足汽车荷载及道路行车的要求，故路基压实、提高密实程度是路基施工中一项重要的措施。液压动力夯实技术是目前一种新型的路基处理方法，该方法是在以往强夯法的基础上改进而来。相比强夯法，液压夯实法对于路基的贯穿能力强且均匀，在基础处理中不易形成表层硬结，可在较大的深度范围内获得较均匀的密实度和更大的影响深度。HHT液压夯实机是西安某公司最新研制设备，目前该设备正在调试阶段，需要了解该设备对各种典型路基的适用性，为下一步推广做准备。
　　二维颗粒流方法可以模拟在动力作用下颗粒之间的流动和大变形问题，从细观力学的角度来研究在冲击荷载下土体颗粒的重新排列达到密实状态的过程。本文在总结前人研究成果的基础上，通过颗粒流离散元方法(PFC2D)对HHT液压夯实技术对典型的填石路基夯实过程进行数值模拟，以夯实过程中的土体内部孔隙率减小量作为衡量对填石路基动力夯实效果的标准，采用数值模拟方法对影响夯实效果的几种重要因素包括夯锤重量、落锤高度、提锤时间和夯锤底面形状进行研究。得到与工程实践比较符合的规律性结果，为HHT液压夯实技术产品定型提供技术支持。
　　采用离散元-有限差分法耦合的算法计算动力夯击对桥基的影响，本文引入了侧向应力增量这一概念，即动力夯击过程中桥基靠路基一侧单元的侧向应力数值σxx减去桥基受路基土体的主动土压力，得到动力夯击引起的桥台背面侧向应力的增量Δσxx。通过记录二十次夯击过程侧向应力增量的变化，来衡量动力夯击对桥基的扰动。本次计算考虑了不同夯击水平距离和不同锤头底面形状两种情况下夯击过程侧向应力增量的变化，得到最适合桥背路基的夯击水平距离和锤头底面形状。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 路基压实技术概述

1．2 影响路基动力夯实效果的因素

1．3 动力夯实法加固机理

1．4 研究的背景和意义

1．5 国内外研究发展现状

1．5．1 国内外动力夯实法研究现状

1．5．2 动力夯实法数值模拟的新发展

1．6 本文研究的内容

2 颗粒流离散元简介

2．1 颗粒流离散元方法产生的理论背景

2．2 颗粒流离散元方法基本方程

2．2．1 力-位移定律

2．2．2 运动定律

2．2．3 边界条件和初始条件

2．2．4 孔隙率及粘滞阻尼

2．3 接触本构关系

2．3．1 接触-刚度模型

2．3．2 滑动模型

2．3．3 粘结模型

2．3．4 滞回阻尼模型

2．4 颗粒流离散元方法的求解步骤

2．5 本文所采用的接触模型

3 离散元计算参数对计算结果的影响研究

3．1 计算模型

3．2 接触刚度对计算结果的影响

3．3 摩擦系数对计算结果的影响

3．4 滞回阻尼对计算结果的影响

3．5 计算结果小结及计算参数的确定

4 填石路基动力夯实数值模拟与现场试验反演分析

4．1 计算模型及边界条件

4．2 颗粒流计算结果

4．3 现场实测结果

4．4 计算结果对比反演及计算参数的确定

5 填石路基动力夯实效果研究

5．1 不同锤重颗粒流离散元计算结果

5．2 不同落锤高度的颗粒流离散元计算结果

5．3 不同提锤时间的颗粒流离散元计算结果

5．4 不同夯锤底面形状的颗粒流离散元计算结果

5．5 本章小结

6 动力夯实对桥头的影响分析

6．1 桥背路基处理

6．2 动力夯实对桥头影响颗粒流离散元-有限差分耦合数值模拟计算

6．2．1 颗粒和连续单元接触作用

6．2．2 计算模型及边界条件

6．2．3 不同水平距离夯击的计算结果

6．2．4 不同锤头底面形状的计算结果

6．3 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间完成的科研成果