重复加载环境下不规则外形颗粒材料的累积变形规律研究

基建工程中大量使用了颗粒材料，研究其在重复荷载作用下的变形规律对工程的经济性和安全性具有重大意义。但是，目前的研究大多基于宏观现象的弹塑性理论，缺少从颗粒尺度上对变形的演化机理进行揭示。本项目拟对典型颗粒采用CT扫描技术获取的数字图像，通过数字图像处理技术，重建真实颗粒的几何网格；据此，研究以球体为基本颗粒的有重叠聚类算法，构建由球形组成的不规则颗粒的外观模型，并根据真实颗粒的惯性力学指标对球体的密度进行优化，生成外形相似、惯性力学指标真实且计算资源消耗适当的颗粒模型；然后，采用PFC3D离散元平台，研究受循环荷载作用的颗粒系统的离散元分析模型，并利用堆积试验和动三轴试验验证模型的准确性和效率。最后，采用该模型，结合动三轴试验，研究不同围压、最大应力比和循环次数等不同加载条件下的变形规律，并通过对颗粒的力学响应的分析，从细观层次上揭示颗粒材料在长期重复荷载下的累积变形规律和演化机理。

基建工程中大量使用了颗粒材料，研究其在重复荷载作用下的变形规律对工程的经济性和安全性具有重大意义。但是，目前的研究大多基于宏观现象的弹塑性理论，缺少从颗粒尺度上对变形的演化机理进行揭示。本项目通过对典型颗粒采用CT扫描技术获取的数字图像，采用数字图像处理技术，重建了真实颗粒的几何网格；据此，研究以球体为基本颗粒的有重叠内聚算法，构建了由球形组成的不规则颗粒的外观模型，通过引入控制参数平衡了球体的数量与模型的精度，并根据真实颗粒的惯性力学指标对球体的密度进行优化，生成了外形相似、惯性力学指标真实且计算资源消耗适当的颗粒模型；采用PFC3D离散元平台，研究颗粒系统的离散元分析模型，并利用堆积试验验证了模型的准确性和效率。最后，采用该模型，结合动三轴试验，研究不同围压、最大应力比和加载频率等不同加载条件下的变形规律。本项目深入研究了不规则外形颗粒的建模方法，提出了一种计算量适当，外形模拟精确的建模方法，进行了数值模拟和试验的对比，研究了颗粒材料在重复荷载作用下的变形规律，对实际工程具有重要的参考价值。