發(fā)布時(shí)間：2021-08-06 06:51

　　基于離散-連續(xù)界面直接耦合法,依托空間網(wǎng)格搜索算法,借鑒雙線性參數(shù)化方程法,建立預(yù)制樁沉樁過程PFC3D-FLAC3D離散-連續(xù)耦合數(shù)值模型,從宏、細(xì)觀多尺度對(duì)沉樁過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明:沉樁過程對(duì)淺層土的影響比較大,頂部土體受沉樁影響的范圍約（4～6）D;樁端周圍土顆粒有明顯的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),其運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)與梅耶霍夫滑動(dòng)面相近;振動(dòng)沉樁可以有效減小沉樁過程中的樁側(cè)摩阻力,在一定情況下也可減小樁端阻力,但并非振動(dòng)頻率越高助沉效果越好。 

【文章來源】：公路. 2019,64(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖３空間網(wǎng)格計(jì)算方法示意

其表示方法為：ｘ［Ｃ］ｉ＝Ｎｊ×ｘｊｉ（２）Ｎ１＝１４（１＋ξ）（１＋η）Ｎ２＝１４（１－ξ）（１＋η）Ｎ３＝１４（１－ξ）（１－η）Ｎ４＝１４（１＋ξ）（１－η）式中：ｘ［Ｃ］ｉ為邊界網(wǎng)格上任意一點(diǎn)坐標(biāo)；ｘｊｉ為接觸界面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；Ｎｊ為接觸界面形函數(shù)；ｊ＝１～４；ξ、η為映射自然坐標(biāo)。顆粒球心位置與差分單元接觸面空間向量示意圖如圖４所示。若同時(shí)滿足式（３）和式（４），則顆粒與有限差分單元相接觸。圖４顆粒球心位置與差分單元接觸面空間向量示意（ｃ１×ｃ２）·（ｃ１×ｇ）＞０（ｃ１×ｃ２）·（ｇ×ｃ１）＞｛０（３）ｇ·ｎｐ≤ｒ＋ｗ（４）式中：ｃ１、ｃ２分別為Ｎ點(diǎn)所在界面邊界上的兩個(gè)單位向量；ｇ為節(jié)點(diǎn)Ｎ到顆粒中心的向量；ｎｐ為差分單元邊界面的單位法向量，ｎｐ＝（ｃ１×ｃ２）／‖ｃ１×ｃ２‖；ｒ?yàn)轭w粒半徑；ｗ為差分單元邊界面外撓變形，ｗ＝ｍ·ｎｐ，當(dāng)ｗ＜０時(shí)，ｗ＝０；ｍ為節(jié)點(diǎn)Ｎ指向其所在差分單元邊界面對(duì)角節(jié)點(diǎn)的空間向量。至此，便完成了整個(gè)接觸搜索。由搜索方法可知，該搜索能否減少計(jì)算時(shí)間的關(guān)鍵在于空間網(wǎng)格的尺寸是否合理：網(wǎng)格尺寸過大，通過全域搜索確定的顆粒過多，后續(xù)局域搜索時(shí)間較長(zhǎng)；網(wǎng)格尺寸過小，在全域搜索階段的判斷時(shí)間會(huì)增加。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)空間網(wǎng)格顆粒數(shù)目為４～

Ｖｉ＝ｘ·［Ｄ］ｉ－ｘ·［Ｃ］ｋ＋ｅｉｊｋω［Ｄ］ｊ（ｘ［Ｃ］ｋ－ｘ［Ｄ］ｋ）（１１）ｘ·［Ｃ］ｉ＝∑Ｎｊｘ·ｊｉ（ｊ＝１，２，３，４）（１２）式中：Ｖ、Ｖｎ、Ｖｓ分別為顆粒和邊界曲線的相對(duì)速度、相對(duì)法向速度、相對(duì)切向速度；ｘ·［Ｃ］為有限差分網(wǎng)格Ｃ點(diǎn)的速度，由網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)速度求得；ｘ·［Ｄ］為顆粒球心Ｃ點(diǎn)的速度；ω［Ｄ］ｊ為顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。圖５球形顆粒與邊界曲面相對(duì)速度示意綜上，顆粒所受到有限差分網(wǎng)格作用的接觸力為：Ｆｉ＝Ｆｎｉ＋Ｆｓｉ（１３）顆粒球心Ｄ與網(wǎng)格中心Ｃ點(diǎn)不重合時(shí)，顆粒球心受到網(wǎng)格的附加力矩為：Ｍ＝ｄ（Ｆｓ×ｎ）（１４）有限差分網(wǎng)格也會(huì)受到顆粒的反作用力，其可通過形函數(shù)等效到網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，即：Ｆｊｉ＝Ｎｊ·Ｆｉ（１５）１．４耦合計(jì)算時(shí)間步確定ＰＦＣ３Ｄ與ＦＬＡＣ３Ｄ求解過程中都具有時(shí)間步的概念，這是它們可以進(jìn)行耦合計(jì)算的基礎(chǔ)。在一個(gè)時(shí)步內(nèi)，ＰＦＣ３Ｄ中顆粒受到的力是定值且顆粒速度不變，ＦＬＡＣ３Ｄ中單元體的應(yīng)力、應(yīng)變變化速率也是固定值。因此，如果時(shí)間步過大，時(shí)間步內(nèi)顆�；蚓W(wǎng)格不平衡力就會(huì)很大，從而造成模型的非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象，計(jì)算結(jié)果不易收斂；反之，若時(shí)步過小，計(jì)算量將會(huì)指數(shù)增加，計(jì)算時(shí)長(zhǎng)不易控制。所以，選擇合適的耦合計(jì)算時(shí)間步非常重要。根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn)，瑞利波法（Ｒａｙｌｅｉｇｈｗａｖｅ）［１６］

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于三維離散-連續(xù)耦合方法的堤防工程滲透變形數(shù)值模擬方法[J]. 倪小東,朱春明,王媛.  土木工程學(xué)報(bào). 2015(S1)
[2]基于三維離散-連續(xù)耦合方法的分層介質(zhì)中樁端刺入數(shù)值模擬[J]. 周健,黃金,張姣,郭建軍,王連欣.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2012(12)
[3]高頻振動(dòng)沉樁的離散元模擬分析[J]. 喬衛(wèi)國(guó),楊麟,李大勇,呂言新,李睿,王立華.  西安科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(05)
[4]應(yīng)力松弛作用對(duì)未固結(jié)砂巖等效彈性性質(zhì)的影響[J]. 鄧?yán)^新,韓德華.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版). 2011(01)
[5]基于顆粒單元接觸的二維離散-連續(xù)耦合分析方法[J]. 周健,鄧益兵,賈敏才,王家全.  巖土工程學(xué)報(bào). 2010(10)
[6]靜壓樁在砂土沉樁過程中樁周土應(yīng)力-位移場(chǎng)變化規(guī)律的顆粒流數(shù)值模擬[J]. 馬哲,吳承霞,肖昭然.  建筑結(jié)構(gòu). 2009(09)
[7]基于有限差分與離散元耦合的支擋結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算方法[J]. 張華,陸陽.  巖土工程學(xué)報(bào). 2009(09)
[8]砂土振沖密實(shí)的細(xì)觀顆粒流模擬[J]. 賈敏才,王磊,周健.  水利學(xué)報(bào). 2009(04)
[9]高頻液壓振動(dòng)錘沉樁的打入性狀分析[J]. 陳福全,雷金山,汪金衛(wèi).  鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2009(01)
[10]基于元/網(wǎng)格動(dòng)量傳遞的離散元與有限元耦合的時(shí)空多尺度算法[J]. 張銳,鄭航,唐志平.  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào). 2008(11)

博士論文
[1]靜壓樁擠土效應(yīng)及施工措施研究[D]. 羅戰(zhàn)友.浙江大學(xué) 2004



本文編號(hào)：3325296