一种级配碎石CBR数值试验方法

摘要

本发明公开了一种级配碎石CBR数值试验方法，通过建立物理模型和力学模型，进行级配碎石CBR试验的模拟，包括基本参数的测试，CBR试模、试件、荷载板和CBR压头等的模拟生成，赋予物理模型微力学参数，CBR试验加载过程的模拟，模拟结果整理得到压头贯入量与贯入力的关系曲线，通过贯入量与贯入力的关系曲线获取贯入量为2.5mm时所对应的贯入力。该方法可快速准确地预测级配碎石CBR值、再现级配碎石应力~应变的变化规律。

主权项

一种级配碎石CBR数值试验方法，其特征在于，按照以下步骤进行：1）物理模型的构建（1）CBR试件的模拟①基本参数的测试：测定碎石密度，确定矿料级配及其最大干密度和最佳含水量；②试模的模拟：利用PFC2D内置命令“wall”生成两片长度为H的竖直墙体和一片长度为D的水平墙体组成开口向上的半封闭矩形以模拟试模；③级配碎石的生成：根据碎石密度、压实度、试件尺寸、矿料级配和最大干密度按式（1）计算出第i种规格集料的二维映射面积Si；利用PFC2D内置命令“ball”在模拟试模中生成颗粒，并使之符合第i种规格集料的粒径要求，当生成颗粒的总面积达到Si时，停止颗粒生成； S i = 4 dhK P i ρ i ρ max - - - ( 1 ) 式中：ρmax：最大干密度，g/cm3；d：试件直径，cm；h：试件高度，cm；K：压实度，%；Pi：第i种规格集料的分计筛余百分率，%，i为大于0的自然数；ρi：第i种规格集料的密度，g/cm3，i为大于0的自然数；按上述方法依次生成各规格集料颗粒；④模拟试件的生成：利用PFC2D内置命令“wall”生成长度为D的模拟压板，压板以速度V 竖直向下推动模拟试模内的集料颗粒，直至运算步数达到n为止；n按下式（2）计算： n = L Vd t = H - h Vd t - - - ( 2 ) 式中：n：运算步数，step；L：模拟压板移动距离，cm；V：模拟压板移动速度（cm/s）；dt：时间步长，s/step；H：试模高度，cm；h：试件高度，cm；（2）CBR压头和荷载板的模拟①压头的模拟：利用PFC2D内置命令“wall”生成两片长度不限的竖直墙体和一片长度为5cm的水平墙体组成开口向上的半封闭矩形以模拟CBR数值试验的压头；②荷载板的模拟：利用PFC2D内置命令“wall”生成两片长度为l的水平墙体模拟CBR数值试验的荷载板；l按下式（3）计算： l = D - 5 2 - - - ( 3 ) 式中：D：试模内径，cm；2）力学模型的构建①接触模型的选取：采用Hertz模型和滑动模型描述级配碎石的颗粒性结构特征和非线性力学特性；其中，Hertz模型通过泊松比ν、剪切模量G定义，滑动模型通过 摩擦系数μ定义；②微力学参数的输入：利用PFC2D内置命令“prop”赋予级配碎石物理模型以微力学参数，包括泊松比ν、剪切模量G、摩擦系数μ；微力学参数通过级配碎石CBR室内试验结果反算获取；3）CBR试验加载过程的模拟与结果整理①CBR试验加载过程的模拟：模拟压头以恒定的速度压入级配碎石模拟试件中，记录每个计算时步内模拟压头的位移和接触力，并整理得到模拟压头的贯入力~贯入量的关系曲线；②结果整理：从贯入力~贯入量曲线中读取贯入量为2.5mm时所对应的贯入力，按式（4）计算级配碎石CBR值： CBR = ρ 2.5 7000 × 100 - - - ( 4 ) 式中：p2.5：模拟压头贯入量为2.5mm时所对应的贯入力，KPa。