【摘要】本文通過采用顆粒流程序PFC2d對地基土的各向等壓蠕變試驗進行了數(shù)值模擬，分析了試樣在不同圍壓等級下的體應(yīng)變曲線與細觀結(jié)構(gòu)演化特征，并采用雙曲線蠕變模型對試樣的體應(yīng)變?nèi)渥兦€進行了擬合分析。

【關(guān)鍵詞】地基土;各向等壓蠕變;二維顆粒流模擬;體應(yīng)變;蠕變模型

關(guān)于工程實踐中出現(xiàn)的地基工后沉降和變形危害問題，受到了工程界和學(xué)術(shù)界越來越多的關(guān)注，國內(nèi)外許多學(xué)者針對地基土的工后沉降問題積累了眾多研究成果[1-4]。地基土的工后沉降變形關(guān)乎土體變形隨時間發(fā)展的特性，包括土體在靜力加載下的蠕變特性和循環(huán)加載下的變形累積特性。地基土的蠕變特性即為地基土變形隨時間的發(fā)展特性，因此，本文開展地基土的蠕變特性的細觀定量數(shù)值模擬研究既具有重要的科學(xué)意義，又具有很好的工程實踐參考價值。

1.數(shù)值試樣與方案

1.1 ?數(shù)值試樣的生成

首先參照文獻[4]的數(shù)值試樣的生成方法，依據(jù)室內(nèi)試驗的試樣尺寸（38mm×76mm），本文采用顆粒流軟件PFC2d內(nèi)置的線性接觸模型，通過半徑擴大法生成圓盤形顆粒數(shù)值試樣的寬度：38mm、高度：76mm的試樣，其中試樣的最大粒徑為0.08mm，最小粒徑為0.03mm。試樣的圓盤形顆?？倲?shù)為3595個，顆粒密度設(shè)置為2650kg/m3，通過反復(fù)的調(diào)試設(shè)置顆粒的彈性模量為60MPa，法向與切向剛度比設(shè)置為1.5。然后，通過調(diào)用顆粒流程序中內(nèi)置的Burgers流變模型取代之前生成試樣時所采用的線性接觸模型，隨后通過循環(huán)使得試樣達到平衡。

1.2 數(shù)值試驗方案

為了從細觀角度研究地基土顆粒試樣在不同圍壓加載條件下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的蠕變演化特征，根據(jù)已有室內(nèi)試驗研究成果，本文采用PFC2d細觀數(shù)值模擬的方法開展試樣在不同圍壓加載下蠕變特性，數(shù)值試驗方案如表1所示。

2.數(shù)值模擬結(jié)果與分析

2.1試樣的變形曲線分析結(jié)果

試樣在變形過程呈現(xiàn)出明顯的三階段變形特征，分別是從瞬時變形逐步發(fā)展為衰減變形，最后形成穩(wěn)定變形狀態(tài)，變形曲線也呈現(xiàn)出較為明顯的雙曲型非線性特征。當試樣所受的荷載水平較低時，發(fā)現(xiàn)試樣的變形量較小，變形發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定時間越快，衰減階段的時間較小，但隨時試樣作用的荷載水平的增加，試驗變形的穩(wěn)定速度越慢，變形三階段的特征越明顯。試樣在同樣的圍壓作用下的體應(yīng)變曲線與時步的對數(shù)曲線呈現(xiàn)非線性變形規(guī)律，當作用的荷載水平越低，體應(yīng)變衰減階段的時間越短，試樣穩(wěn)定得越快，隨時荷載水平的增大，試樣體應(yīng)變的發(fā)展越慢，衰減穩(wěn)定的時間越長。

2.2試樣配位數(shù)時步曲線分析

通過統(tǒng)計試樣在不同圍壓作用下配位數(shù)隨時步的發(fā)展規(guī)律，試樣的平均配位數(shù)隨時步的發(fā)展規(guī)律與試樣的體應(yīng)變隨時步的發(fā)展的規(guī)律大致相同，也存在先快速增大，隨后慢速發(fā)展，最后穩(wěn)定的三階段演變特征，同樣演變的速度與荷載的大小有關(guān)，當作用的荷載較小時，衰減發(fā)展階段較短，試樣進入穩(wěn)定的時間越快，隨時荷載水平的增大，試樣衰減發(fā)展的過程較長，試樣進入穩(wěn)定的時間越長。

2.3試樣的細觀組構(gòu)演化分析

試樣在各向等壓作用下力鏈的分布比較均勻，初始時表現(xiàn)較為松散，但隨著荷載水平的逐步提高，試樣內(nèi)部顆粒向內(nèi)部中心移動，接觸力得到加強，隨后逐步呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，說明試樣在荷載作用下試樣內(nèi)部顆粒不斷進行調(diào)整至穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒調(diào)整的速度與荷載水平的大小有關(guān)。

2.4雙曲線蠕變模型擬合分析

通過采用前期研究建立的雙曲線蠕變模型[4]對試樣在各向等壓蠕變試驗中的試樣蠕變曲線進行擬合分析。如圖1所示，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)值試樣的體應(yīng)變?nèi)渥兦€與雙曲線蠕變模型的擬合精度較好，雙曲線模型對試樣曲線的擬合精度基本在95%左右，說明雙曲線模型能夠較好對該試樣的體應(yīng)變曲線的規(guī)律進行描述。

3.結(jié)論

本文基于顆粒流軟件PFC2d，開展地基土在不同圍壓作用下各向等壓蠕變試驗的數(shù)值模擬研究，分析了試樣在不同圍壓等級作用下的變形曲線與細觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，得到如下研究結(jié)論：（1）在不同的圍壓大小的作用下，可以發(fā)現(xiàn)試樣在變形過程呈現(xiàn)出明顯的三階段變形特征，分別是從瞬時變形逐步發(fā)展為衰減變形，最后形成穩(wěn)定變形狀態(tài)，變形曲線也呈現(xiàn)出較為明顯的雙曲型非線性特征;（2）通過分析不同均壓大小下試樣的配位數(shù)在不同圍壓荷載作用下的變化規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)當荷載水平越低時，試樣的平均配位數(shù)的變化越平緩，當荷載水平越高時，試樣的配位數(shù)變化曲線的衰減變化階段越明顯，試樣穩(wěn)定得越慢。當荷載越大時，試樣的平均配位數(shù)越多，說明試樣越密實，試樣內(nèi)部形成的結(jié)構(gòu)越明顯。（3）雙曲線模型對試樣的體應(yīng)變?nèi)渥兦€的擬合效果較好，可以很好地描述試樣的體應(yīng)變?nèi)渥兲卣鳌?/p>

參考文獻

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[2]張留俊，王福勝，劉健都.高速公路軟土地基處理技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]孫鈞.巖土材料流變及其工程應(yīng)用[M].北京中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[4]肖斌. 重塑粉質(zhì)黏土的蠕變特性及蠕變模型研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2017.

【浙江省教育廳一般科研項目（項目編號：Y20180605）?！?/p>

（作者單位：浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院）

【中圖分類號】TU753

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0078-02

勘誤

本刊2020年9期第54-55頁“基于灰色GM（1，1）模型的建筑施工安全事故預(yù)測”一文，應(yīng)注明該文屬于“2020年河南省軟科學(xué)研究計劃項目‘基于灰色系統(tǒng)理論的河南省建筑行業(yè)安全生產(chǎn)事故預(yù)測研究基金項目（項目編號：202400410360）”。

第68-71頁“江西民國建筑探析”一文應(yīng)注明該文屬于：1. 南昌老城區(qū)民國時期建筑裝飾藝術(shù)研究，江西藝術(shù)科學(xué)規(guī)劃項目（項目編號：YG2011090）;2. 南昌老城區(qū)民國時期建筑裝飾藝術(shù)的分析研究，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)研究基金項目（項目編號：QN11YS01）。

特此更正，并向該文作者表示誠摯的歉意。