基于离散元方法的沥青混合料虚拟三轴剪切试验三维模拟

基于离散元方法建立了沥青混合料的细观力学结构模型,并通过虚拟三轴剪切试验,模拟验证了该模型的合理性.首先,开发了基于方孔筛工作机制的粗集料生成算法,建立了不规则形状的颗粒,使得粗集料的形状控制多样化和精确化.然后,将具有实际纵向分布特征的空隙相引入到沥青混合料的细观结构模型中,取代了传统方法中空隙随机分布的处理模式.结合室内试验和虚拟试验,获取了中高温条件下的沥青砂浆接触本构模型参数.虚拟三轴剪切试验的模拟结果以及对沥青混合料抗剪强度的预测结果验证了建立的细观结构力学模型的合理性,离散元虚拟试件产生的剪切破坏和实际试件破坏形态一致,由虚拟试验得到的抗剪强度和实际结果基本吻合.     

内聚力模型在泡沫沥青混合料离散元模拟中的应用

为研究内聚力本构模型对泡沫沥青冷拌混合料的适用性,基于内聚力本构模型,结合Matlab软件"凸包法"和三维ODEC算法,建立了泡沫沥青冷拌混合料的三维模型试件.同时,对不同级配的混合料进行模拟劈裂试验,用对比分析和统计分析的方法观察数值模拟与室内试验的结果.研究结果表明:"凸包法"和三维ODEC算法相结合能够模拟泡沫沥青冷拌混合料中的粗集料棱角性,数值模拟的劈裂试验强度-变形曲线发展趋势和实际的劈裂试验规律基本相符.模拟数据与试验数据具有良好的相关性,表明内聚力本构模型的三维离散元模拟能有效应用于泡沫沥青冷拌混合料设计.     

基于三维离散元法的沥青混合料断裂过程模拟

为了从材料细观结构角度研究沥青混凝土的断裂机理,运用离散元程序PFC3D内的"Fish"语言,采用多球相互重叠的方法描述粗集料颗粒的空间不规则形状,结合集料颗粒的随机投放算法和离散元的空隙处理方法,建立了沥青混凝土小梁试件的三维离散元模型;通过室内沥青砂浆单轴压缩试验和劈裂试验,并结合宏观性能与微观力学参数的转化关系,获得了用于离散元模拟的各类微观参数;采用三维离散元程序PFC3D,进行了-10℃和15℃条件下小梁中点弯曲断裂试验的离散元模拟,获得了弯曲断裂曲线;采用与混合料三维离散元结构相同沥青用量、空隙率和级配在室内成型了沥青混合料的小梁试件,并获得了室内实测断裂曲线.研究结果表明:所建立的离散元模型可以充分考虑集料颗粒的不规则形状、集料级配特征和空隙大小;三维离散元方法可以较好地模拟沥青混合料弯曲断裂过程中裂纹起始和扩展的现象,模拟结果与室内实测结果基本相当;三维离散元模拟可以作为研究沥青混合料断裂特征的辅助手段.     

基于数字图像处理的沥青混合料细观力学分析(英文)

沥青混合料是一种典型的非均质材料,主要由集料,胶浆和孔隙组成。内部细观结构在很大程度上控制了它们的宏观力学行为。数字图像处理技术的发展,为材料细观结构的精确量测和数字表述提供了有效手段,被应用于沥青混合料细观结构的有限元建模。基于数字图像处理技术对间接拉伸试验（IDT）进行有限元模拟,数值模拟的结果与实际试验的结果吻合性很好,说明了数字图像处理技术是一种非常有效的有限元建模手段。     

沥青混合料单轴贯入抗剪试验的细观分析

单轴贯入试验可以有效地测试沥青混合料的剪切强度,通过建立沥青混合料单轴贯入试验的颗粒流模型,分析了沥青混合料的抗剪作用机理.基于颗粒流的细观机理,采用离散元技术对沥青混合料单轴贯入试验进行细观模拟,得到了沥青混合料单轴贯入时的应力应变曲线变化规律,并将模拟结果进行了验证,揭示了沥青混合料单轴贯入试验的细观机理.分析了贯入速率、压头直径及试件尺寸等对试验结果的影响规律,在此基础上提出了合适的试验技术参数,为贯入试验提供技术参考.结合单轴贯入试验和无侧限抗压强度试验,提出了基于离散单元法确定沥青混合料抗剪参数的方法,并为采用细观分析方法探究混合料性能提供了一种思路.     

沥青混合料剪胀力学行为研究综述

为了分析沥青混合料剪胀力学行为,阐述了沥青混合料剪胀行为,回顾了剪胀相关试验及剪胀模型的现状和问题,并对其研究方向进行了展望。研究结果表明:沥青混合料剪胀行为在车辙产生中起着关键作用;采用X-ray CT技术、离散元方法等对颗粒空间分布、大小、接触方式、破碎等进行定性及定量地分析沥青混合料变形机理和力学特性;通过建立微观力学模型,联系宏观力学变量与微观力学变量,使得微观测试、力学试验和数值模拟连为一体,预测沥青混合料剪胀行为,可为抗车辙沥青路面设计提供指导,开拓沥青混合料设计新思路。     

垃圾炉渣力学性质的颗粒流模拟

基于离散单元法理论和PFC3D软件,采用平行胶结模型来模拟炉渣中的胶结作用,建立了城市垃圾炉渣的细观颗粒模型。将模型细观参数和材料宏观力学性质联系起来,标定了模型的细观力学参数,将数值模拟结果和室内试验数据进行了对比。结果表明:离散元方法可以较好的模拟炉渣的应力-应变变形关系;细部结构调整的变化速率是影响模型受力变形机制的主要因素;改变边界刚度,分析了边界刚度对剪切强度参数和压缩模量的影响。从细观角度揭示影响炉渣强度的因素,对离散单元法的应用有一定的价值。     

描述砂性土宏细观力学关系的数学模型

土体等颗粒材料在外力作用下的细观颗粒层面的力学行为决定着其宏观力学性质.然而,目前已经提出的宏细观本构关系多基于对某一种试验数据的唯象总结,缺乏普适性.根据已有的理论研究成果,基于Hertz接触理论,采用颗粒流离散元程序(particle flow code,PFC3D)模拟了粒状砂性土的单轴压缩试验,推导了一种更具普...     

基于离散单元法的环氧沥青混凝土虚拟断裂试验研究

为明晰环氧沥青混凝土的断裂力学行为特征,基于数字图像处理技术,采用离散元方法建立了切口小梁二维模型,开展了环氧沥青混凝土的虚拟弯曲断裂试验.从细观角度分析了环氧沥青混凝土断裂过程中的力学响应,探讨了其断裂机理及裂纹扩展路径,并与室内试验结果进行了对比.结果表明,采用离散元方法可较好地反映环氧沥青混凝土的断裂力学特性,数值模拟过程中虚拟试件的力学响应与理论结果相符.虚拟试验获取的材料强度参数与室内试验的测试结果接近,误差仅为0.25%,但前者所得的劲度模量因破坏挠度偏大,较后者低16.56%.在裂纹扩展过程中,破坏易产生于黏结较为薄弱的集料-砂浆界面.虚拟试验与室内试验的对比分析结果验证了离散元模型以及参数取值的正确性.     

单轴压缩条件下岩石细观力学参数特性数值研究

基于ABAQUS提供的二次开发平台,建立数值试验模型研究了岩石中细观单元各主要力学参数与宏观响应的关系.模型采用Weibull分布来描述离散后岩石细观单元的力学性质参数,并应用Monte-Carlo方法编制程序进行单元力学参数的赋值.数值模拟结果表明:细观单元和宏观试样的弹性模量、强度之间具有良好的线性关系;岩石的宏观强度会随着细观单元的压拉比的降低而增大,其脆性则会随着单元均质度的增大而增加,而岩石宏观残余强度受细观单元残余强度影响很小.最后,通过岩石单轴压缩破坏过程的数值模拟与SEM试验结果对比,验证了数值模型的合理性.     

土的室内平面应变试验的颗粒流模拟

作为颗粒理论实际应用的前期可行性研究，针对具有凝聚力和无凝聚力的两类典型的内摩擦地质材料粘性土与砂土进行了材料试样室内平面应变试验结果的颗粒流PFC^2D仿真。对比研究表明利用颗粒流理论所建立起来的PFC^2D数值仿真试验模型是能通过改变计算模型中颗粒单元的性质，以及颗粒集合体的级配特征等给出与真实材料土工试验类似的本构行为的。这种可行性最根本的意义在于基于颗粒流理论的数值仿真试验能够突破常规土工试验在仪器设备能力及试验条件上的局限性，对实验土样的本构行为作出理论方面的某种预测。此外针对颗粒流仿真试样的细观力学特征与物理试样宏观力学响应之间的关系进行了参数研究，并揭示了一些规律。这些工作对颗粒流理论在岩土工程实际应用方面的研究和开发有一定的参考价值。     

一种高弹沥青面层抗反射裂缝能力试验研究

采用室内疲劳试验、冲击韧性试验和模拟反射裂缝试验对高弹沥青、普通AH-70和AH-50沥青的面层混合料的抗反射裂缝扩展能力进行分析.结果表明,采用高弹沥青的沥青混合料的600微应变的疲劳寿命分别是AH-70和AH-50沥青混合料的88倍和55倍;模拟反射裂缝试验显示,高弹沥青混合料的初裂次数分别是AH-70沥青和AH-50沥青的1.2和2倍,终裂次数分别是AH-70沥青和AH-50沥青的1.9和1.4倍;高弹沥青混合料的冲击韧性分别是AH-50沥青和AH-70沥青的2.2倍和2倍.因此,高弹沥青可以明显提高沥青混合料的抗反射裂缝能力.     

沥青混合料压实特性及沥青路面碾压遍数确定

在研究沥青混合料压实特性的基础上,从能量等效角度确定沥青路面达到密实所需要的碾压遍数.首先对典型沥青混合料进行室内击实试验,得出不同类型沥青混合料达到要求密实度所需要的能量;然后依据理论计算与现场实测,得到了施工过程中摊铺机振捣提供给路面的能量及振动压路机和轮胎压路机一次碾压提供给沥青路面的可吸收能量.室内击实试验表明...     

基于分数进制小波变换的分辨率可指定的DEM综合方法

DEM的尺度效应研究需要分辨率连续变化的,空间定位基础一致的DEM数据作为数据源.针对这种需求,本文基于采样定理与分数进制小波变换,探讨了一种由较高分辨率DEM生成较低分辨率DEM的有效综合方法.首先基于采样定理分析了DEM分辨率与最高频率的关系,提出了通过降低DEM有效最高频率获得分辨率指定的DEM的新思路;然后基于该思路,探讨了分数进制小波变换自由精细的时频分解性能,以及对各分解部分的基于能量的阈值处理过程,进而实现了一种分辨率可指定的DEM综合方法;最后,对所指定的分辨率的合理性、空间定位的一致性、所生成DEM的综合效果进行了实验论证,并将所得DEM与由地形图派生的DEM以及由常规方法所得的DEM进行了对比分析,结果验证了该方法的有效性.     

颗粒材料热力学理论在简单剪切流中的应用

颗粒物质由大量离散的粗大固体颗粒聚集而成,在外界作用下可能发生准静态变形、变形局部化和破坏,直至流动,其中采用固体力学和流体力学对准静态变形和流动开展的研究较为系统,而变形局部化和破坏的研究非常薄弱．分析内部结构演化规律,建立颗粒体系非平衡态热力学,统一描述颗粒体系力学行为是重要的基础研究课题,Granular Solid Hydrodynamics（GSH）理论为该研究提供了基础．本文完善了该理论涉及的颗粒温度表达式,确定了相应参数数值;与动理学理论和离散元模拟一起对恒定体积简单剪切流进行了分析,对比了三种方法得到的正应力与颗粒体积分数的关系,发现由于基本假设的限制,动理学理论只能适用于稀疏颗粒流,而完善后的颗粒体系热力学理论比动理学涵盖范围更广,可以从稀疏体系到密集体系．这样该理论可以连贯地描述颗粒体系准静态变形、变形局部化和破坏,直至流动的力学行为．     

沥青胶浆对沥青混合料高低温性能的影响

在沥青混合料设计中，对沥青胶浆在沥青混合料中的作用认识模糊，并且对沥青胶浆的作用重视不够。按照胶浆理论，将沥青胶浆作为沥青混合料构成中的重要部分，研究了粉胶比变化、纤维对沥青混合料高、低温性能的影响。研究表明，沥青混合料的性能不仅受沥青用量和填料量的影响，更重要的是受填料与沥青相对比例的影响；在沥青混合料设计时应注意结合工程实际作出相应的设计和控制；减少粉胶比，并加入适量纤维，可显著改善沥青混合料的低温柔性的低温松弛能力，同时也使沥青混合料的高温性能得到较大的提高。     

全断面隧道掘进机滚刀破岩尺寸效应离散元分析

为了给室内模型试验或数值模拟试验提供直接的指导及实际工程间接的参考,将基于微观胶结试验得到的合理的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟了不同试样尺寸滚刀破岩过程并分析了各因素对滚刀破岩过程的影响.结果表明,不同试样尺寸滚刀破岩过程按破岩阻力和侵入深度的关系均可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段和残余跃进阶段;室内模型试验中,滚刀刃宽与岩石试样宽度的比值(相对比值)存在一个临界值,当试验中选取的相对比值小于该临界值时,可以减小试验过程中的边界效应.     

数字高程模型数据分布规律的研究

数字高程模型(DEM)为"数字地球"的重要组成部分,在数字制图、地理信息系统、遥感等领域得到广泛的应用.在用分层设色表示地貌时,DEM数据分布规律是合理地选择色层和色度的重要参考依据.一般认为,自然地形的起伏满足随机分布规律,DEM数据服从正态分布,笔者用严密的数理统计方法--皮尔逊χ2检验对此进行了检验,结果表明:DEM数据实际上并不服从正态分布,其总体分布呈现出中间大两头小、前偏的形态.该结果对于进一步研究DEM数据的分布规律具有参考价值.     

兰州东郊非原生黄土湿陷特点研究

基于野外调查，对兰州东郊阳洼沟黄土的物理力学特性进行了室内试验。结果表明，非原生黄土不仅在物理力学特性上与原生黄土有显著差异，其湿陷系数明显小于原生黄土，而且其湿陷性随深度变化表现为明显的非均匀性。土体结构是造成该场地黄土湿陷性这一特点的主要原因。根据阳洼沟黄土湿陷特点，阐述场地地裂缝的形成机理，为阳洼沟场地非原生黄土湿陷系数和持力层的确定提供参考。     

载荷板尺寸效应的试验研究

在试验室模拟路基现场的工况,建立平板载荷试验模型,进行了地基系数与载荷板尺寸的相关性试验,并与理论公式进行了对比。根据试验成果归纳出不同载荷板尺寸的地基系数间的换算公式。