[发明专利]一种考虑温度变化的离散元模型建模方法及其应用

权利要求书

1.一种考虑温度变化的离散元模型建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确定DEM模型中的参数；

S2:利用PFC^2D建立模型：按照预先计算好的网格类型划分好网格，设置合适的边界条件；

S3:颗粒试样的制备采用各向同性压缩法，在侧向和竖向施加10kPa的稳定压应力，然后粒级配生成相对密实度为D_r的松散颗粒试样；

S4:建立颗粒试样模型，然后对以生成的试样进行侧限压缩固结，其边界条件为y方向上施加的100kPa的稳定压应力，x方向上的墙体保持固定；

试样经过初始固结之后，在保持x方向的墙体固定，y方向上的墙体稳定100kPa伺服的边界条件不改变的情况下，再进行循环热固结试验；

通过颗粒在温度循环过程中体积的变化造成的接触力的变化来试验温度循环的热胀冷缩特性。

2.根据权利要求1所述的一种考虑温度变化的离散元模型建模方法，其特征在于，S4还包括：其中，随温度的变化，颗粒的半径采用以下公式计算

R_i＝(1+αΔT)R_i0

式中：R_i0为在起始温度下的颗粒i的半径；α为颗粒的热膨胀系数；R为终了温度下的颗粒i的半径；ΔT为起始温度与终了温度之差。

3.根据权利要求1所述的一种考虑温度变化的离散元模型建模方法，其特征在于，S2还包括：在颗粒生成后，循环计算至试样内部平均不平衡系数α_f小于1e^-5；试样的初始状态下力链均匀分布；

式中：N是颗粒的总数；C是总的接触数数；C_i是第i个颗粒的接触数量；F^(ij)是第i个颗粒的第j个接触的接触力；F_b⁽ⁱ⁾是第i个颗粒的体积力；F_c⁽ⁱ⁾是第i个接触的接触力。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种考虑温度变化的离散元模型建模方法，其特征在于，S4中的循环热固结记载过程如下：在循环过程中，颗粒从初始温度T₀的条件下，在变温幅值T_cyc，以固定的温度增量ΔT进行加载，即：T₀～T₀+ΔT～T₀+2ΔT～.......～T₀+T_cyc～T₀+T_cyc-ΔT～T₀+T_cyc-2ΔT.......～T₀～T₀-ΔT～T₀-2ΔT～.......～T₀-T_cyc～T₀-T_cyc+ΔT～T₀-T_cyc+2ΔT～T₀，为1个循环。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种考虑温度变化的离散元模型建模方法，其特征在于，S4中的循环热固结记载过程如下：在循环过程中，颗粒从初始温度T₀的条件下，非对称变温幅值T_cyc，以固定的温度增量ΔT进行加载，即：T₀～T₀+ΔT～T₀+2ΔT～.......～T₀+T_cyc～T₀+T_cyc-ΔT～T₀+T_cyc-2ΔT.......～T₀为1个循环。

6.一种20°～80°循环下的土体孔隙比的评价方法，其特征在于，所述的土体的热膨胀系数α为1×10^-6℃^-1且所述土体为非保护土；

非饱和性砂土的初始孔隙比为e₀，最大孔隙比为e_max，最小孔隙比为e_min，相对密实度Dr＝(e_max-e₀)/(e_max-e_min)；

在经过不同的循环次数_Ncyc后，e采用下式求解：

其中，N_cyc表示温度循环次数；

其中，V、A、B表示计算参数，采用下式：