[发明专利]一种基于连续-离散单元耦合的强夯加固地基模拟方法

说明书

一种基于三维连续‑离散单元耦合的强夯加固地基模拟方法，主要包括步骤如下：(a)利用反分析方法，建立散体颗粒三轴试验模型，对颗粒细观力学参数进行校正；(b)对散体强夯试验进行模拟，以验证细观力学参数；(c)建立强夯加固地基连续体模型，包括地基和夯锤两部分；(d)根据连续‑离散耦合方法，利用连续域表面(face)生成离散域界面(wall)；(e)生成离散域颗粒模型，完成强夯加固地基模拟离散‑连续耦合。本发明基于连续‑离散耦合方法和动力学分析，可适用于不同形状夯锤‑不同类型地基土动力相互作用的量化分析。

技术领域

本发明涉及岩土力学研究领域，特别涉及软土地基、煤矸石地基等不良场地处理的理论与实践三维模拟方法。

背景技术

当前，国内外学者利用室内试验及现场测试方法，对不同类型的地基土，如黄土、软土、砂土或碎石土地基强夯加固机理进行了研究。根据介质的连续性分类，可将研究方法分为基于连续介质力学的研究和基于离散介质力学的研究。根据物理本质，离散介质适用于离散介质力学的原理及方法；夯锤及大范围的地基土体适用于连续介质力学的原理和方法。因此，散体地基强夯作用过程，与一般的土-结构作用过程相似，适用于连续-离散介质耦合的研究方法，如有限元-离散元耦合方法。

常规的测试方法和测试精度限制是岩土工程试验精细化、精准化所面临的主要问题；利用多尺度方法和离散元计算，可以突破这一限制，在宏观参数与试验结果相同或相近的情况下，获取到细观物理力学参数信息，从而有望将当前夯击机理的定性描述进行定量化分析，并修正已有的认识。

关于夯击机理研究方面，国内外研究人员利用各种模拟方法进行了分析。如利用有限单元法软件Plaxis研究了碎石地基高能强夯下的变形；如利用离散单元法软件PFC研究了碎石土高填方地基在强夯作用下的横观各向同性性质；如利用PFC软件研究了砂土地基强夯作用下的动力响应，并在二维离散域内模拟砂土 -夯锤相互作用过程。基于连续介质理论的方法不能量化分析夯击过程中岩土散体介质的运动学和动力学特性；基于离散介质理论的模拟方法能够较好地反应散体颗粒的材料性能，无法准确描述复杂形态夯锤的受力特征及其惯性作用。由于研究方法的局限性，当前对土体夯击机理的认识尚处于定性描述和假说阶段，对夯锤-散体(尤其是凹底夯锤-散体)相互作用的认识基本处于空白。这些问题，同时也是柱锤夯扩或弹体侵彻散体介质所面临的主要问题。基于连续-离散介质耦合方法研究夯击作用问题，将能从物理本质上解决上述问题；此外，若从细观尺度研究散体介质的动态反应，将有望获得宏观力学行为机理性的认识。

发明内容

本发明的目的是针对现有研究的不足，提供了一种基于三维连续-离散单元耦合的强夯加固地基模拟方法，旨在能够准确描述复杂形态夯锤作用下，地基土动力相互作用的量化分析。

本发明的目的是这样实现的：一种基于三维连续-离散单元耦合的强夯加固地基模拟方法，包括以下步骤：

(1)利用反分析方法，建立散体颗粒三轴试验模型，对颗粒细观力学参数进行校正；

(2)对散体强夯试验进行模拟，以验证细观力学参数；

(3)建立强夯加固地基连续体模型，包括地基连续模型和夯锤模型两部分；

(4)根据连续-离散耦合方法，利用连续域表面(face)生成离散域界面 (wall)；

(5)生成离散域颗粒模型，完成强夯加固地基模拟离散-连续耦合；

(6)在地基内部不同部位布置加速度、土压力及孔隙率监测点。

所述的步骤(1)中，散体颗粒粒径及级配分布根据筛分试验确定，三轴试验围压由强夯引起的土体应力最大值确定，细观力学参数值由宏观力学参数值进行反分析获得；所述的步骤(2)中，根据三轴试验模拟所获取的细观力学参数，对强夯试验进行模拟，模拟结果(主要为动土压力)需与室内试验结果匹配，以验证所获取的细观力学参数值；