一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115908703A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211355029.2(22)申请日2022.11.01(71)申请人陕西理工大学地址723000陕西省汉中市汉台区东一环路1号(72)发明人郭鸿杨奎斌付江涛陈栋梁(74)专利代理机构陕西铭源专利代理事务所(普通合伙)61235专利代理师周沛臣(51)Int.Cl.G06T17/00(2006.01)G06F30/10(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F111/10(2020.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法(57)摘要本发明涉及岩土工程、水利工程、农业工程领域，尤其涉及一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法。根据黏性土的颗粒级配建立DEM三维几何模型；选择点接触黏结模型；进行模型参数设置；通过DEM模型的建立，可以描述任意t时刻，黏性土颗粒的含水率、半径、颗粒刚度、抗剪强度和抗拉强度等的变化，由此会观察到颗粒干缩裂隙现象。本发明通过DEM数值模拟程序的确定，可以快速模拟不同工况下黏性土干缩裂隙的演化规律，可为岩土工程、水利工程领域的地基、边坡、坝体的干缩开裂、强度劣化、变形渗透等研究提供参考，也可为农业工程的土壤裂隙机理的研究和治理提供一种数值模拟新思路。具有非常强大的科研价值和教学价值。CN115908703ACN115908703A权利要求书1/1页1.一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法，其特征在于，主要通过点接触模型，并根据黏性土含水率与颗粒之间接触强度的关系，定量模拟；干缩裂隙的发展演化规律；实现方法：第一步，根据黏性土的颗粒级配建立DEM三维几何模型，其中圆柱体直径10cm，高度1cm，黏性土颗粒粒径最大为1.5mm，最小为1.0mm，颗粒孔隙率为0.36；此步骤需要注意的有两点，一是用DEM描述实际黏性土颗粒级配时，可采用粒径放大法，以确保颗粒能够顺利生成；二是颗粒孔隙率必须严格按照土样的孔隙率进行设置；第二步，选择点接触黏结模型：(1)基本参数标定；选择点接触黏结模型后，进行参数标定，其中法向刚度Kn和切向刚度Ks依据压缩试验进行标定，摩擦系数μ按照最大休止角试验进行标定；此步骤需要注意两点，一是根据压缩试验标定时，需要不断调整法向刚度Kn和切向刚度Ks的数值，确保数值压缩系数和实际土样的压缩系数保持一致；二是根据最大休止角试验标定时，需要不断调整摩擦系数μ的数值，确保数值最大休止角和实际土样的最大休止角保持一致；(2)考虑水分蒸发的关键词桉树标定；黏性土在干缩裂隙的过程中其法向刚度、切向刚度和抗拉强度都会随时水分的蒸发而发生变化，具体地，分别采用式(1)和(2)描述法向刚度、切向刚度和抗拉强度TF；颗粒法向刚度和含水率w关系：Kn＝Ks＝1.25×107exp(‑0.2w)(1)抗拉强度和含水率w的关系：TF＝15exp(‑w/12)(2)颗粒之间的抗剪强度SF，和TF用同一公式(2)进行计算；含水率w的变化，可根据室内试验含水率与时间的关系进行确定。2.如权利要求1所述的一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法，其特征在于，第三步，进行模型参数设置：假设干缩裂隙之前的颗粒半径为R0，τ是干缩裂隙的持续总时长，α为黏性土的材料参数，则在任意时刻t，黏性土颗粒半径的演化规律按式(1)计算：R是时刻t时的颗粒半径；综上，通过DEM模型的建立，可以描述任意t时刻，黏性土颗粒的含水率、半径、颗粒刚度、抗剪强度和抗拉强度等的变化，由此会观察到颗粒干缩裂隙现象。3.如权利要求1所述的一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法，其特征在于，粒径放大法是将实际黏性土颗粒的粒径放大若干倍后再进行DEM建模，若干倍为10‑20倍，DEM模型的粒径比实际黏性土颗粒粒径大10‑20倍。2CN115908703A说明书1/3页一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法技术领域[0001]本发明涉及岩土工程、水利工程、农业工程领域，尤其涉及一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法。背景技术[0002]黏性土的干缩裂隙问题岩土工程、水利工程以及农业工程中普遍涉及的问题，如何用离散单元法(DEM)模拟黏性土的干缩裂隙现象，是相关领域学者普遍关注的重要问题之一。但是目前针对黏性土干缩裂隙的模拟问题，尚缺乏明确且规范的操作标准，鉴于此，本发明公开了一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟程序。[0003]以“干缩裂隙and离散”、“干缩裂隙andDEM”为关键词在中国专利公开数据库中进行查询，没有查询到任何文献。发明内容[0004]发明的目的：为了提供效果更好的一种基于DEM的黏性土干缩裂隙模拟的方法，具体目的见具体实施