[发明专利]一种基于连续-离散单元耦合的强夯加固地基模拟方法

权利要求书

1.一种基于三维连续-离散单元耦合的强夯加固地基模拟方法，特征在于，包括以下步骤：

（1）利用反分析方法，建立散体颗粒三轴试验模型，对颗粒细观力学参数进行校正：散体颗粒粒径及级配分布根据筛分试验确定，三轴试验围压由强夯引起的土体应力最大值确定，细观力学参数值由宏观力学参数值进行反分析获得；

（2）建立散体强夯试验模型，对散体室内强夯试验进行模拟，以验证细观力学参数：根据三轴试验模拟所获取的细观力学参数，对散体室内强夯试验进行模拟，主要为动土压力的模拟结果需与室内试验结果匹配，以验证所获取的细观力学参数值；

（3）建立强夯加固地基连续体模型，包括地基连续模型和夯锤模型两部分；地基连续模型和夯锤模型的几何形态和力学参数根据常规试验获取，地基连续模型和夯锤模型采用有限元建模的方式生成；

（4）根据连续-离散耦合方法，利用连续域表面face生成离散域界面wall；耦合域为散体-连续体的界面，包括地基-散体耦合以及散体-夯锤耦合两部分，由连续体表面生成；

（5）生成离散域颗粒模型，完成强夯加固地基模拟离散-连续耦合；通过夯锤模型变换，完成多次夯击模拟；前一次夯击完成后删除夯锤，并在后一次夯击进行前重新生成夯锤模型，以进行同一地基土位置多次反复夯击模拟；

（6）在模型内部设置多个监测点，以测试夯锤及地基的动力响应特性；

步骤（1）中散体颗粒三轴试验模型高3m，半径1m，颗粒粒径0.2m；所述颗粒细观力学参数校正方法具体为：通过对模型施加不同的围压，在模型顶板和底板施加恒定的速率，同时利用伺服机制，监测顶板和底板的反作用力；利用莫尔-库伦理论对试验结果进行拟合，获得土样的宏观力学参数，即内摩擦角和内聚力；

将模拟所获得的宏观力学参数与土样试验所获得的力学参数进行比较，并校正细观力学参数，使得模拟宏观力学参数与试验宏观力学参数相同；

所述步骤（2）中的散体强夯试验模型为外径0.510m，内径0.410m，内部深度1.0m的圆筒，由2384个8节点线性brick C3D8单元组成；夯锤为高0.232m，直径0.22m的底面外凸圆柱体，由3000个C3D8单元组成；所述步骤（2）中验证细观力学参数的方法具体为：将夯击能为200 N•m即25kg的夯锤落距0.8 m的第一击时，深度20cm处散体地基竖向土动应力曲线试验值和模拟值进行比较发现，二者竖向土动应力幅值相当，均约为279kPa，土动应力时程曲线形态相似；同时，数值计算夯沉量与试验结果相近；

所述步骤（3）中地基连续模型为80 m×80 m×30 m的块体，中间为半径5m，高10m的空心圆柱，由21475个C3D8单元组成；夯锤模型为直径2.2m、高2.2m的圆柱，由960个C3D8单元组成；所述强夯加固地基连续体模型具体生成方法为：由该空心圆柱表面生成连续-离散域耦合界面，即离散元计算的桶形界面；随后，创建离散域散体地基模型，由115883个球形颗粒组成，再由夯锤表面生成夯锤-颗粒接触连续-离散域耦合界面，同时，在地基底面设置吸收边界，在地基四周设置自由场边界条件，以吸收夯击在地基内部引起的冲击波能量；

还需对所述步骤（4）中散体域和连续域进行监测：在散体域内部设置测量球m1-m5，以监测散体内部动土压力、孔隙率、配位数的变化情况；在连续域表面设置加速度、速度、位移和水平动土压力监测点A1-A7；在连续域中心设置竖向动土压力监测点S1-S6；

所述步骤（5）在进行夯击模拟时还应对强夯作用下夯锤-土体相互作用进行分析，预测夯锤的动力响应及地基不同部位的动力反应；

所述的步骤（6）中，通过在夯锤及地基内部设置多个监测点，以测试夯击作用下地基土内部加速度、土应力及孔隙率的变化情况。