模拟堆石体长期变形的试验方法

摘要

一种模拟堆石体长期变形的试验方法，其步骤包括：⑴根据室内三轴试验获取的堆石体等时应力应变曲线，建立强度劣化模型；⑵三维堆石颗粒集合的随机模拟；⑶利用堆石颗粒随机模型和强度劣化模型计算并绘制堆石颗粒流变的长期变形曲线。其优点是：本发明的模拟试验方法可以实时观察颗粒在模拟流变过程中的滑移、旋转和破碎，方便地提取各个组构量，通过试验数据绘制堆石体的长期变形曲线，可更加准确地求取非线性应力应变参数，为堆石坝的数值计算提供依据，并能对一些堆石坝工程的长期变形问题等的研究提供一定的参考依据和理论指导。

主权项

1.一种模拟堆石体长期变形的试验方法，其特征在于包括如下步骤：(1)根据室内三轴试验获取的堆石体等时应力应变曲线，建立强度劣化模型(1.1)取样，对堆石体试样进行三轴试验，绘制等时应力应变曲线；(1.2)根据等时应力应变曲线建立时间变化与堆石颗粒的强度、劣化程度、劣化速度之间的等量关系，得到以下公式：$f\left(\tau \right)=f_0(1-\frac{\mathrm{a\tau }}{\tau +n})$式中：f(τ)表示τ时刻的强度；f₀为瞬时强度；a为反映劣化程度的参数；n为反映强度劣化快慢的参数；(2)三维堆石颗粒集合的随机模拟(2.1)建立堆石颗粒随机模型(2.1.1)按照颗粒级配曲线生成不等边椭球的半径a＝r₁+(r₂-r₁)rand1b＝r₁+(r₂-r₁)rand2c＝r₁+(r₂-r₁)rand3式中：a，b，c不等边椭球的三个极半轴的长度，r₁为某一粒径组的粒径下限，r₂为相应粒径组的粒径上限，rand1、rand2、rand3为区间[0，1]均匀分布上的独立随机数；(2.1.2)在[n_min，n_max]之间均匀分布颗粒的顶点数：n＝n_min+(n_max-n_min)rand式中：rand为区间[0，1]均匀分布上的随机数，n_min、n_max根据颗粒的实际形状随机取值；(2.1.3)采用球坐标确定凸多面体的顶点：z_i＝z₀+ccosθ_i式中：x_i，y_i，z_i不等边椭球上第i个点的坐标；x₀，y₀，z₀是不等边椭球的球心坐标；θ_i是球坐标系中的天顶，在[0，π]区间内均匀分布；是球坐标系中的方位角，在[0，2π]区间内均匀分布；(2.1.4)在不等边椭球上随机布完点后，遍历每个顶点p_i，寻找与顶点p_i距离最近的顶点p_i1，然后再在剩下的顶点中找一个点p_i2，使得其余所有顶点均在p_i、p_i1、p_i2这三个点确定的三角形平面的同一侧；遍历完所有顶点后，删除具有相同节点的面；(2.1.5)根据侵入关系的判别准则，如果两个凸多面体是相互分离的，进入步骤(2.1.6)；如果两个凸多面体相互侵入，回到步骤(2.1.1)重新生成凸多面体；(2.1.6)存储经上述步骤生成的全部凸多面体的几何信息；(2.2)插入界面单元模拟颗粒破碎在颗粒内部的所有细观单元之间插入界面单元；当界面单元的刚度降低到0时，界面单元完全失效，显示颗粒发生破碎；(3)利用堆石颗粒随机模型和强度劣化模型计算并绘制堆石颗粒流变的长期变形曲线(3.1)将整个流变过程平均划分为N个时间步长；(3.2)根据强度劣化模型计算堆石颗粒从0时刻开始每经过一个时间步长后新的强度；(3.3)根据所得强度对堆石颗粒随机模型进行平衡迭代计算，求取并保存不同强度对应的静力平衡状态的变形值；(3.4)将得到的变形值用平滑的曲线串联，得到整个流变过程的长期变形曲线。