[发明专利]一种用于离散元计算即时估算离散介质密实度的方法及存储介质

说明书

本发明公开了一种用于离散元计算即时估算离散介质密实度的方法及存储介质，其方法包括：选择N个代表性抛石，对代表性抛石进行三维轮廓扫描作为抛石体颗粒生成的模板；设置抛石体的投放区域，利用自重下落法随机生成抛石体颗粒，进行分层自重沉积，构成自然堆积的抛石体三维基床模型；采用锤夯/振动模拟方法对抛石体三维基床模型进行密实，在间隔时间或间隔时步内更新密实区域地表面貌的变化，估算出密实区域的局部密实度变化与整体区域的密实度变化。本发明通过设计工程的需求，在PFC3D计算平台中模拟荷载施加后对抛石体密实度的影响，利用密实度与荷载施加的模拟工艺参数的关系，来指导实际工程参数优化，提高工程实施工艺的合理性和准确性。

技术领域

本发明涉及岩土工程离散元数值模拟技术领域，具体涉及一种用于离散元计算即时估算离散介质密实度的方法及存储介质。

背景技术

抛石基床是重力式码头、防波堤、沉管隧道广泛采用的基础型式，具有承载能力大、抗滑移、经济实惠等优点。但是天然形成的抛石基床，其密实度较低，一般只有0.4～0.5，工程中为了提高承载力，一般是利用锤夯密实、振动密实等方法使介质更加密实，从而提高基床承载力。此时密实度是非常重要的设计参数，其定义为单位体积内抛石实体体积所占比例，一般是人工量测沉降量来计算。

在研究锤夯、振动密实作用机理时，颗粒离散元方法是最常用的数值模拟方法，如果也采用外力作用后量测沉降的方法也可以得到密实度数值，但这样做无法反映外载作用过程中的密实度变化规律，此时如何即时测控颗粒体系的密实度较为困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种用于离散元计算即时估算离散介质密实度的方法，包括：

选择N个代表性抛石，对代表性抛石进行三维轮廓扫描作为抛石体颗粒生成的模板；

设置抛石体的投放区域，利用自重下落法随机生成抛石体颗粒，进行分层自重沉积，构成自然堆积的抛石体三维基床模型；

采用锤夯/振动模拟方法对抛石体三维基床模型进行密实，在间隔时间或间隔时步内更新密实区域地表面貌的变化，估算出密实区域的局部密实度变化与整体区域的密实度变化。

本发明进一步设置为所述代表性抛石是从工程抛石体中随机选择，利用激光扫描仪分别对抛石体颗粒进行三维轮廓扫描，得到由三角形面围成的颗粒轮廓形状，三角形面组合存储为stl或dxf格式并被PFC3D计算平台识别。

本发明进一步设置为所述代表性抛石的颗粒表面由一系列三角形面连接而成，所述三角形面的数目在2000～5000。

本发明进一步设置为在颗粒流数值计算平台PFC3D中定义模型边界，模型边界包括抛石基床和投放区域，设置抛石基床和投放区域的设计参数，所述设计参数包括长度、宽度和厚度。

本发明进一步设置为统计获取工程中抛石体的粒径与级配曲线，利用PFC3D计算平台中的随机颗粒投放命令，设定孔隙率，在抛石投放区域随机生成一定量的刚性块模型，设置刚性块模型的密度与接触刚度，模拟在重力作用下刚性块模型自由下落沉积到抛石基床。

本发明进一步设置为根据抛石基床的高度自下而上逐层生成抛石块体，每一层采用级配由大到小随机生成抛石块体，生成抛石块体后去除孤独的抛石颗粒，稳定后的抛石块体按照抛石基床的设计参数，删除中心高度超过厚度的抛石颗粒。

本发明进一步设置为根据抛石体三维基床模型的范围设置锤夯/振动模拟的等效平台，设置等效平台的等效参数，根据等效平台的等效参数对抛石体三维基床模型进行分区密实，采用等效平台分别对抛石体三维基床模型的各密实区域进行荷载施加，荷载施加的参数包括激振力、频率、振动时间和振动遍数。