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申请/专利权人：中铁十九局集团有限公司;中铁十九局集团轨道交通工程有限公司;北京工业大学

摘要：本发明属于离散元模型细观参数标定技术领域，公开了一种砂卵石土三轴剪切离散元模型细观参数标定方法，通过PFC2D3D软件建立砂卵石三轴剪切数值模型，选择接触模型，确定标定的宏观、细观参数及其范围；利用正交试验设计数值试验方案；利用PFC2D3D软件按照试验方案进行数值试验；采用多因素方差分析各细观参数对宏观力学参数影响的显著性，并筛选出影响宏观力学指标的主要细观参数；通过回归分析建立宏观参数与各主要细观参数之间的线性关系式；将标定问题转化为多目标函数数学规划问题求解，并将数值试验结果与典型砂卵石土的物理试验结果进行对比验证。本发明的解决了“试错法”标定过程中存在的盲目性和费时耗力的问题。

主权项：1.一种砂卵石土三轴剪切离散元模型细观参数标定方法，其特征在于，所述砂卵石土三轴剪切离散元模型细观参数标定方法包括以下步骤：步骤一，通过PFC2D3D软件建立砂卵石三轴剪切数值模型，选择接触模型，确定标定的宏观、细观参数及其范围；步骤二，利用正交试验设计方法进行数值试验方案的设计；步骤三，利用PFC2D3D软件按照试验方案进行数值试验；步骤四，采用多因素方差分析的方法分析各细观参数对宏观力学参数影响的显著性，并筛选出影响宏观力学指标的细观参数；步骤五，通过回归分析建立宏观参数与各细观参数之间的线性关系式；步骤六，将标定问题转化为多目标函数数学规划问题进行求解，并将数值试验结果与典型砂卵石土的物理试验结果进行对比验证；所述砂卵石土三轴剪切PFC2D3D模型建立中：1接触模型的选择数值模型采用的细观接触模型为线性接触粘结模型，线性接触粘结模型通过增加颗粒间的黏结强度模拟卵石颗粒之间的嵌固、咬合作用，反应砂卵石土的特征；2宏观参数的选择颗粒流三轴剪切细观参数的标定通常以数值模型的应力应变关系及破坏包线与室内试验结果相符为标准；宏观特性指标选取应遵循以下原则：①选定的指标从试验中获得；②选定的指标能较好描述所标定曲线的形态；选取初始弹性模量E0、峰值强度σf、黏聚力c和内摩擦角φ四个参数作为宏观指标；3细观参数的选择线性接触黏结模型各细观参数对宏观参数的影响规律：宏观弹性模量与接触有效模量线性相关；泊松比随着法向切向刚度比的增大而增大；颗粒间的切向、法向黏结强度和摩擦系数与峰值强度相关；颗粒簇的含量提高抗剪强度；基于结论选择接触有效模量Ec、法向切向刚度比knks、颗粒间摩擦系数μ、黏结抗剪强度σc、黏结抗拉强度τc以及颗粒簇clump的含量作为本次数值试验的细观参数指标；4宏、细观参数的取值范围选取6个细观参数和4个宏观参数作为标定的指标，每个因素选取四个水平；通过数值试验发现，在所选的因素水平的不同组合下，所述细观参数的取值范围如下：Ec:20MPa～200MPa；knks:1～4；σc:0.25～1.0MPa；τc:0.25～1.0MPa；得到的宏观参数范围：初始弹性模量E0：10MPa～100MPa，围压为300kPa；峰值强度σf：500kPa～2050kPa，围压为300kPa；黏聚力c：0～600kPa；内摩擦角φ：17°～47°；在所选的因素水平下，得到的宏观力学指标范围覆盖大部分砂卵石土的宏观力指标范围；步骤三中，所述数值试验包括以下步骤：1制样：本次数值试验暂不考虑颗粒级配的影响，取模型尺寸H×L＝600mm×300mm；颗粒采用球和颗粒簇两种形式，取LRmin＝30，RmaxRmin＝1.66，孔隙率n＝0.32，颗粒密度为2700kgm3，接触模型及参数根据试验方案输入；通过膨胀法使颗粒均匀填充满整个试验容器，生成的颗粒数在20000个；2施加围压：数值试验中，对每一组试样分别施加100kPa、200kPa和300kPa三组围压；恒定围压的施加通过监测每一计算步内，边墙与颗粒之间的接触压力与设定围压之间的差值，进而调整边墙位移达到的；3竖向加载：加载过程是通过赋予上、下加载板一定速度实现，加载速度不能过快，保持试样处于准静力状态，否则将对试验结果的准确度产生影响，并且砂卵石土力学特性与加载速率有关系；加载速率为1.2mms，在剪切过程中，通过监测发现试样内的不平衡力率小于1×10-4，围压变化幅度不超过0.3％；4终止加载：有峰值时，试验进行值轴向应变达到峰值出现后的3～5％时，则终止加载；如无峰值时，则轴向应变达15％时终止加载。

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