不规则颗粒及其集合体三维离散元建模方法的改进

摘要

以土石混合体中的不规则块石和含石量为40%的土石混合体室内大三轴试样为例,研究了如何针对当前岩土材料建模方法的不足进行改进以建立尽可能真实的不规则颗粒及其集合体的三维离散元模型。为了模拟块石的真实形态特征,明确了块石几何模型建模方法的控制参数及其确定方法,建立了与真实块石球度相同、棱角度相似的三维半真实离散元模型。为了计算模型的体积以用于模型密度优化及颗粒集合体孔隙率的计算,提出了一种三维离散元模型虚拟切片技术,结合数字图像处理技术可快速准确计算块石三维半真实离散元模型的体积。为了使得土石混合体大三轴试样三维离散元模型的密实度与室内试样保持一致并兼顾建模效率,提出了基于拟振动压实法和分层复制法的土石混合体大三轴试样三维离散元建模方法。研究结果表明:所提出的不规则块石几何模型建模方法控制参数较少且可分别对球度和棱角度进行单独控制;当块石离散元模型填充球体数较少时,其体积与对应几何模型体积相差较大,不能直接采用对应几何模型的体积;所建立的土石混合体数值试样与室内试样的细观结构特征基本相同,即块石随机散布于土体基质中。