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基于离散元方法的半刚性基层冲刷破坏数值模拟研究
| 论文题名： | 基于离散元方法的半刚性基层冲刷破坏数值模拟研究 |
| 关键词： | 半刚性路基材料;冲刷损伤;数值模拟;力学响应;耐久性 |
| 摘要： | 半刚性基层材料的抗冲刷能力不足会引起基层承载能力不足。目前，国内外学者对半刚性基层冲刷损伤机制的研究，主要集中在对冲刷破坏过程的描述及一些定性的宏观理论分析，研究手段主要是室内试验研究，通过数值模拟方法对半刚性基层冲刷损伤机制的研究较少。本文重构了半刚性基层材料的无侧限抗压试验模型，并通过离散单元法与计算流体力学耦合法（DEM-CFD）对半刚性基层材料进行了冲刷模拟。 基于DEM，通过PFC2D软件对水泥稳定类半刚性基层三种结构类型（骨架密实、骨架空隙、悬浮密实）进行重构，建立其可视化离散元模型。通过FISH语言编写程序，追踪加载过程中的应力应变，从而模拟半刚性基层的无侧限抗压试验。通过调整模型的细观参数，使模拟结果与室内试验结果相一致，并得到三种结构类型的细观参数。对加载过程中三种结构类型的内部受力进行分析，悬浮密实结构内部受压较为均匀，内部各处竖向应力离散性较小。对加载过程中三种结构类型的接触力链进行分析，结果表明，骨架空隙结构中处于强力链之中的集料颗粒最多，骨架效应最明显。采用PFC2d中Optional Features的FIXED COARSE-GRID FLUID SCHEME模块，建立了骨架密实结构和悬浮密实结构的DEM-CFD冲刷模型，提出采用冲刷前后试件的抗压强度损失率对半刚性基层材料的抗冲刷性能进行评价。本文引入流体域，采用PFC2d软件中incorporation of fluid coupling in PFC2d模块，对路面结构中基层的冲刷进行模拟。在板隙下方设置测量圆，对冲刷过程中测量圆内的空隙率和颗粒的配位数进行测量，通过空隙率和颗粒配位数的变化对三种结构的抗冲刷能力进行评价。模拟结果表明，骨架空隙结构的抗冲刷性能最好，悬浮密实结构的抗冲刷性能最差。 本文建立半刚性基层混合料细观力学冲刷模型，数值模拟半刚性基层的冲刷演化过程，从细观力学角度探讨其力学响应和损伤机制。研究成果对提高基层耐久性、延长道路结构寿命及完善路面设计方法提供理论依据。 |
| 作者： | 殷惠卿 |
| 专业： | 材料学 |
| 导师： | 盛燕萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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