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基于离散元法的级配碎石形态重构与力学性能模拟
| 论文题名： | 基于离散元法的级配碎石形态重构与力学性能模拟 |
| 关键词： | 路用材料;级配碎石;形态特征;力学性能;离散元法;数值仿真 |
| 摘要： | 离散元法由于能够描述颗粒性材料的微观接触状态而在岩土工程、道路工程中广泛应用，本文基于离散元软件PFC2D开展级配碎石形态特征以及力学性能的研究。根据相关研究表明，作为路用最基本材料，碎石集料颗粒的形状对于其力学特性具有显著影响，而现有离散元法在模拟级配碎石的形态特征时还存在诸多不足，所以如何精确模拟级配碎石轮廓形态的同时保证模型的计算效率，对于道路工程数值仿真实验的研究具有重要意义。基于此本论文主要内容如下: (1)运用Aggregate Image Measurement System(AIMS)分两次进行扫描，第一次扫描获得每一档粒径的各形态数据分布，包括颗粒轮廓图、棱角度系数、纹理系数、扁平率等;根据各档粒径的棱角度系数分布，进行第二次扫描，筛选出27个样本颗粒;对不同粒径颗粒的形态数据进行统计分析，研究形态特征分布规律; (2)结合图像处理技术，提出一种轮廓填充的粗集料颗粒成型的离散元方法，通过像素读取、筛除，在PFC2D内重构二维轮廓形态;将颗粒形态指标与颗粒数值模型一一对应，建立二维的粗集料数值颗粒库文件，以进行数值实验模拟;建立一种基于形态特征分布的粗集料颗粒投放算法，可以根据同形态特征以及级配要求，投放不同形态的粗集料颗粒; (3)为了解决采用重力投放算法无法获得高密实度试件的缺陷，提出一种基于边界判别算法的混合料成型方式，通过判断左右边界位置属性，以确定粗集料骨架外部区域，该算法可以判断本文所提出的极不规则且“镂空”形状的粗集料骨架区域，完成细集料的快速填充;通过判断圆盘周围是否有接触，来筛除因初始速度过大而逃逸的圆盘，并以实例分析该算法在成型试件时，粗细集料生成量的实际误差; (4)根据PFC2D原理，完善应力控制和应变控制的算法，根据材料密度的差异性和实验需要，提出基于空隙率的控制算法、基于干密度的控制算法，以快速计算和判断集料颗粒的生成量;通过虚拟单轴贯入实验，研究PFC2D内各项微观参数对于实验结果的影响;建立不同档单一粒径、不同组合粒径、SMA-13、AC-13的单轴贯入实验仿真模型，标定粗集料的最佳微观参数;从实际成型空隙率、微观接触状态、计算效率的角度将轮廓填充法与传统的成型方法进行对比，确定轮廓填充法的优势;成型不同棱角度颗粒的单轴贯入试件，研究并分析棱角度差异性对于微观接触状态的影响; (5)基于混合料成型算法，进行连续级配的级配碎石数值优化设计，分别改变级配组成中的n值和最大粒径，建立9组不同的级配，分别进行CBR、抗剪强度的数值实验，确定最佳n值和最大粒径。 |
| 作者： | 丁珣昊 |
| 专业： | 交通运输工程；道路与铁道工程 |
| 导师： | 马涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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