[发明专利]一种获取压实作用下路基土压实度的方法

权利要求书

1.一种获取压实作用下路基土压实度的方法，其特征在于：在离散元软件PFC3D中导入建模软件SolidWorks所建模型，通过对压实过程的仿真，最终获取路基土压实度；包括以下步骤：

(1)路基土最大干密度测试试验模拟；根据路基土的类型，可分为细粒土击实试验模拟和粗粒土振动台试验模拟两类；步骤(1)中所述的路基土最大干密度测试试验模拟，在PFC3D软件中进行；在PFC3D软件中，参考实际土体级配曲线，用ball分档模拟土粒，ball的密度等于土体实测土粒比重；由于实际土体粒径过小，模拟时应在实际级配曲线各档基础上扩大10倍及以上，减少细小颗粒含量，以确保模拟计算效率；

在此基础上，采用试错法标定土体的微观参数，其中细粒土采用线性接触模型；在此基础上，采用试错法标定土体的微观参数，其中细粒土采用线性接触模型、接触粘结模型、粗粒土采用线性接触模型和滑动模型；其中线性接触模型包含接触法向刚度kn和接触切向刚度ks两参数；接触粘结模型包含法向强度σ和切向强度τ两参数，粗粒土采用线性接触模型包含接触法向刚度kn和接触切向刚度ks两参数；滑动模型包含摩擦系数fric一个参数；试错法标定微观参数时所用的细粒土实际土样，其含水率应当满足击实试验实测获得的最佳含水率；

(2)路基土压实过程模拟；根据压实类型，可分为静力压实和振动压实两类；

(3)路基土压实度获取；考虑到所建路基土离散元模型最大干密度与路基土实测最大干密度的差异，本步中压实度用路基土模拟压实后的干密度与步骤(1)中模拟试验中所得的最大干密度之比计算得到；

步骤(1)中所述的路基土最大干密度测试试验模拟，应用已标定微观参数的路基土材料，在PFC3D软件中模拟细粒土击实试验或粗粒土振动台试验，完成后测量此时土样总体积V₁，并获取模拟土颗粒用的ball的总体积V₀，则模拟试验中路基土最小孔隙率

步骤(2)中所述的路基土压实过程模拟，应在PFC3D软件中构建适当尺寸的路基土模型：以wall围成长方体区域，其尺寸应显著大于压轮的尺寸以避免边界效应,路基土初始孔隙率与路基土实测孔隙率一致；路基土以ball模拟，ball在wall围成区域内生成其级配、密度、微观参数与步骤(1)的数据一致，路基土模型生成完毕后删除顶面的wall；在SolidWorks软件中按实际尺寸构建圆柱形压轮模型，将压轮模型作为wall导入PFC3D软件中，并完成网格划分，确定各面法向，选定压轮轴线即圆柱体几何轴线；路基土模型各边界wall的kn和ks值均与土体kn和ks值一致，压轮模型导入后所生成wall的kn和ks值取为土体kn和ks值的10倍；

步骤(2)中所述的路基土压实过程模拟，分为静力压实和振动压实两类；在模拟两类压实时，均设置模拟环境中重力方向为grav 00-9.81，压轮模型位于路基土模型表面；在压轮轴线上设置角速度，使压轮绕轴线旋转，并为压轮整体设置向前的线速度，从而模拟压轮在静压时的滚动前进过程；模拟时压轮应距离路基土模型四面的边界wall有一定距离，避免边界效应。

2.根据权利要求1所述的一种获取压实作用下路基土压实度的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的路基土压实过程模拟，模拟两类压实时，由于在以wall形式导入的压轮上无法施加力，仅能设置其速度，故应对压轮模拟压实过程中压轮在竖直方向上的位移，此速度为变量，编写以下循环算法，在模拟的每时步中对此速度赋予不同值：

①速度初值设置：设置竖直速度v₀＝0.001，方向竖直向下，进行第一个时步(step)的运算：

②压轮反力获取：运行一个时步后，编写程序选出路基土模型中与压轮有接触的ball，计算其对压轮反力，并求出以上反力竖直向上的分量之和，即为路基土对压轮的反力F_反力；

③压轮加速度计算：运用以下公式计算压轮在此时步末应有的加速度；若模拟静力压实，以下公式不需加上F_激振力一项；若模拟振动压实，则应加上此项；

④压轮速度计算：运用以下公式计算压轮在下一时步中的竖向速度，其中v₀为本时步中设置的压轮竖向速度，time_step为时步长度；

v＝v₀+a×time_step

⑤循环：反复运行上述②③④步，直至压实过程仿真结束。

3.根据权利要求1所述的一种获取压实作用下路基土压实度的方法，其特征在于：步骤(3)中路基土压实度指标获取时，由于路基土离散元模型中含水量已通过微观参数表征，模型中并不直接含水，故全体ball的总质量即为路基土的干质量，故路基土模拟压实后的干密度可用路基土模型中全体ball的总质量除以压实后路基土的总体积得到；而压实度用路基土模拟压实后的干密度与步骤(1)中模拟试验中所得的最大干密度之比计算得到；路基土离散元模型用于压实模拟时或有一定误差，而路基土压实后的干密度基于离散元模拟而来，求压实度时不用实测最大干密度而用亦有误差的模拟所得最大干密度，此处用于求压实度的数据均为模拟所得，有利于减小最终误差。