土工試驗離散元數(shù)值模擬——三軸試驗與靜力觸探試驗

章 土工試驗

1.1 背景

1.2 室內(nèi)試驗與原位試驗

1.2.1 直剪試驗

1.2.2 環(huán)剪試驗

1.2.3 三軸試驗

1.2.4 靜力荷載試驗

1.2.5 動力荷載試驗

1.2.6 標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗

1.2.7 十字板剪切試驗

1.2.8 靜力觸探試驗

1.3 三軸試驗

1.3.1 摩爾一庫倫公式

1.3.2 三軸試驗數(shù)值模擬

1.4 靜力觸探試驗

1.4.1 靜力觸探研究現(xiàn)狀

1.4.2 靜力觸探貫入機理研究

1.4.3 靜力觸探參數(shù)與土體狀態(tài)參數(shù)關(guān)系

1.4.4 靜力觸探數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀

第二章 離散元數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模擬簡介

2.1.1 有限元法

2.1.2 有限差分法

2.1.3 塊體理論

2.2 離散元法歷史與原理

2.3 離散元法運算流程圖

2.4 接觸的識別

2.5 接觸模型

2.5.1 線性剛度接觸模型

2.5.2 平行黏結(jié)模型

2.5.3 Hertz-Mindlin 接觸模型

2.5.4 顆粒滾動摩擦

2.6 顆粒運動

2.7 邊界條件

2.7.1 剛性邊界條件

2.7.2 周期性邊界條件

2.7.3 柔性邊界條件

2.8 應(yīng)力張量

2.8.1 邊界條件張量

2.8.2 顆粒張量

2.8.3 接觸力張量

第三章 三軸剪切下玻璃珠試樣抗剪強度測試

3.1 背景

3.2 試驗材料與方法

3.2.1 試樣材料

3.2.2 試驗裝置

3.3 試驗試樣制備

3.3.1 模具準(zhǔn)備

3.3.2 制備密實試樣試驗操作步驟

3.3.3 制備松散試樣試驗操作步驟

3.3.4 制備不同表面粗糙度玻璃珠試樣試驗操作步驟

3.3.5 試樣裝配

3.3.6 試樣飽和

3.3.7 試樣固結(jié)

3.3.8 試樣剪切

3.4 試驗方案

3.4.1 加載速度的影響

3.4.2 試樣飽和度以及初始孔隙率的影響

3.4.3 玻璃珠表面粗糙度的影響

3.4.4 顆粒尺寸影響

3.5 試驗結(jié)果與分析

3.5.1 試樣形變

3.5.2 剪切速度的影響

3.5.3 飽和密實試樣

3.5.4 飽和松散試樣

3.5.5 密實試樣與松散試樣試驗結(jié)果比較

3.5.6 顆粒表面粗糙度

3.5.7 顆粒尺寸的影響

3.5.8 兩種顆粒尺寸混合物的試驗研究

3.6 本章小結(jié)

第四章 玻璃珠抗剪強度離散元數(shù)值模擬

4.1 三軸試驗離散元模擬

4.1.1 圓柱形邊界條件

4.1.2 恢復(fù)系數(shù)校準(zhǔn)

4.1.3 模擬參數(shù)

4.1.4 初始試樣準(zhǔn)備：生成試樣

4.1.5 顆粒沉降

4.1.6 試樣制備：擊實與振動

4.1.7 圓柱形邊界條件伺服機理：固結(jié)與剪切

4.2 數(shù)值模擬與試驗數(shù)據(jù)對比

4.3 試樣可視化

4.4 參數(shù)敏感性分析

4.4.1 顆粒摩擦系數(shù)

4.4.2 顆粒滾動摩擦系數(shù)

4.4.3 初始孔隙率的影響

4.4.4 剪切速度的影響

4.4.5 顆粒尺寸效應(yīng)

4.4.6 兩種尺寸顆粒混合試樣的數(shù)值模擬

4.5 本章小結(jié)

第五章 土體應(yīng)力狀態(tài)對CPT貫入?yún)?shù)的影響

5.1 土體單元選取

5.2 試樣制備

5.3 土體單元應(yīng)力狀態(tài)

5.3.1 各向同性

5.3.2 附加應(yīng)力

5.3.3 加載卸荷

5.3.4 ko的影響

5.3.5 超固結(jié)比OCR的影響

5.3.6 孔隙率

5.3.7 顆粒間摩擦系數(shù)

5.3.8 顆粒剛度

5.3.9 速度場云圖

5.4 本章小結(jié)

第六章 溫度對CPT貫入?yún)?shù)的影響

6.1 背景

6.2 顆粒介質(zhì)熱傳導(dǎo)原理

6.3 數(shù)值試樣制備

6.4 CPT數(shù)值模擬

6.4.1 土顆粒溫度的影響

6.4.2 熱膨脹系數(shù)的影響

6.4.3 比熱容

6.5 土顆粒微觀力學(xué)行為

6.5.1 顆粒速度場

6.5.2 顆粒位移場

6.5.3 顆粒接觸力鏈

6.6 本章小結(jié)

附錄

1.DemGCE程序開發(fā)

1.1 操作環(huán)境安裝

1.2 軟件安裝

1.3 參數(shù)設(shè)定

1.3.1 數(shù)值模型生成

1.3.2 接觸參數(shù)設(shè)定

1.3.3 模擬試驗步驟

1.3.4 分析與調(diào)試

1.4 程序運行

2.程序后期處理

2.1 數(shù)據(jù)處理軟件：Gnuplot

2.2 可視化軟件：ParaView

3.部分源程序代碼

3.1 滾動摩擦源程序代碼

3.2 圓柱形邊界條件源代碼

3.3 RSA算法程序代碼

3.4 基于拉梅公式的圓柱體伺服機理源程序代碼

參考文獻(xiàn)

章 土工試驗

1.1 背景

1.2 室內(nèi)試驗與原位試驗

1.2.1 直剪試驗

1.2.2 環(huán)剪試驗

1.2.3 三軸試驗

1.2.4 靜力荷載試驗

1.2.5 動力荷載試驗

1.2.6 標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗

1.2.7 十字板剪切試驗

1.2.8 靜力觸探試驗

1.3 三軸試驗

1.3.1 摩爾一庫倫公式

1.3.2 三軸試驗數(shù)值模擬

1.4 靜力觸探試驗

1.4.1 靜力觸探研究現(xiàn)狀

1.4.2 靜力觸探貫入機理研究

1.4.3 靜力觸探參數(shù)與土體狀態(tài)參數(shù)關(guān)系

1.4.4 靜力觸探數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀

第二章 離散元數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模擬簡介

2.1.1 有限元法

2.1.2 有限差分法

2.1.3 塊體理論

2.2 離散元法歷史與原理

2.3 離散元法運算流程圖

2.4 接觸的識別

2.5 接觸模型

2.5.1 線性剛度接觸模型

2.5.2 平行黏結(jié)模型

2.5.3 Hertz-Mindlin 接觸模型

2.5.4 顆粒滾動摩擦

2.6 顆粒運動

2.7 邊界條件

2.7.1 剛性邊界條件

2.7.2 周期性邊界條件

2.7.3 柔性邊界條件

2.8 應(yīng)力張量

2.8.1 邊界條件張量

2.8.2 顆粒張量

2.8.3 接觸力張量

第三章 三軸剪切下玻璃珠試樣抗剪強度測試

3.1 背景

3.2 試驗材料與方法

3.2.1 試樣材料

3.2.2 試驗裝置

3.3 試驗試樣制備

3.3.1 模具準(zhǔn)備

3.3.2 制備密實試樣試驗操作步驟

3.3.3 制備松散試樣試驗操作步驟

3.3.4 制備不同表面粗糙度玻璃珠試樣試驗操作步驟

3.3.5 試樣裝配

3.3.6 試樣飽和

3.3.7 試樣固結(jié)

3.3.8 試樣剪切

3.4 試驗方案

3.4.1 加載速度的影響

3.4.2 試樣飽和度以及初始孔隙率的影響

3.4.3 玻璃珠表面粗糙度的影響

3.4.4 顆粒尺寸影響

3.5 試驗結(jié)果與分析

3.5.1 試樣形變

3.5.2 剪切速度的影響

3.5.3 飽和密實試樣

3.5.4 飽和松散試樣

3.5.5 密實試樣與松散試樣試驗結(jié)果比較

3.5.6 顆粒表面粗糙度

3.5.7 顆粒尺寸的影響

3.5.8 兩種顆粒尺寸混合物的試驗研究

3.6 本章小結(jié)

第四章 玻璃珠抗剪強度離散元數(shù)值模擬

4.1 三軸試驗離散元模擬

4.1.1 圓柱形邊界條件

4.1.2 恢復(fù)系數(shù)校準(zhǔn)

4.1.3 模擬參數(shù)

4.1.4 初始試樣準(zhǔn)備：生成試樣

4.1.5 顆粒沉降

4.1.6 試樣制備：擊實與振動

4.1.7 圓柱形邊界條件伺服機理：固結(jié)與剪切

4.2 數(shù)值模擬與試驗數(shù)據(jù)對比

4.3 試樣可視化

4.4 參數(shù)敏感性分析

4.4.1 顆粒摩擦系數(shù)

4.4.2 顆粒滾動摩擦系數(shù)

4.4.3 初始孔隙率的影響

4.4.4 剪切速度的影響

4.4.5 顆粒尺寸效應(yīng)

4.4.6 兩種尺寸顆?；旌显嚇拥臄?shù)值模擬

4.5 本章小結(jié)

第五章 土體應(yīng)力狀態(tài)對CPT貫入?yún)?shù)的影響

5.1 土體單元選取

5.2 試樣制備

5.3 土體單元應(yīng)力狀態(tài)

5.3.1 各向同性

5.3.2 附加應(yīng)力

5.3.3 加載卸荷

5.3.4 ko的影響

5.3.5 超固結(jié)比OCR的影響

5.3.6 孔隙率

5.3.7 顆粒間摩擦系數(shù)

5.3.8 顆粒剛度

5.3.9 速度場云圖

5.4 本章小結(jié)

第六章 溫度對CPT貫入?yún)?shù)的影響

6.1 背景

6.2 顆粒介質(zhì)熱傳導(dǎo)原理

6.3 數(shù)值試樣制備

6.4 CPT數(shù)值模擬

6.4.1 土顆粒溫度的影響

6.4.2 熱膨脹系數(shù)的影響

6.4.3 比熱容

6.5 土顆粒微觀力學(xué)行為

6.5.1 顆粒速度場

6.5.2 顆粒位移場

6.5.3 顆粒接觸力鏈

6.6 本章小結(jié)

附錄

1.DemGCE程序開發(fā)

1.1 操作環(huán)境安裝

1.2 軟件安裝

1.3 參數(shù)設(shè)定

1.3.1 數(shù)值模型生成

1.3.2 接觸參數(shù)設(shè)定

1.3.3 模擬試驗步驟

1.3.4 分析與調(diào)試

1.4 程序運行

2.程序后期處理

2.1 數(shù)據(jù)處理軟件：Gnuplot

2.2 可視化軟件：ParaView

3.部分源程序代碼

3.1 滾動摩擦源程序代碼

3.2 圓柱形邊界條件源代碼

3.3 RSA算法程序代碼

3.4 基于拉梅公式的圓柱體伺服機理源程序代碼

參考文獻(xiàn)

本書詳細(xì)介紹了采用離散元法模擬三軸實驗測定顆粒介質(zhì)抗剪強度的過程步驟，通過引入拉梅公式，很好地解決了圓柱形邊界條件的伺服機理。另外，本書還介紹了三種制備玻璃球三軸試樣的方法，通過對比實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果，驗證了數(shù)值模擬方法的正確性與可靠性。

靜力觸探試驗野外現(xiàn)場作業(yè)簡單、方便, 測試需時短, 可以縮短勘察工期, 進(jìn)行土體巖性劃分及確定土體力學(xué)參數(shù)效果良好。

與室內(nèi)土工試驗相比, 靜力觸探試驗克服了特殊地層或薄層地層取原狀試樣的困難, 并且試驗范圍較大, 各類土體均能保持原狀樣, 比較客觀地測試土層的工程特性, 為工程地質(zhì)地基評價和設(shè)計基礎(chǔ)型式的選取提供合理、科學(xué)依據(jù) 。

《曲軸滾壓關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計理論與數(shù)值模擬》為國家自然科學(xué)基金項目“曲軸滾壓關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計理論研究”的主要研究成果。作者圍繞曲軸的強度分析和滾壓強化問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，提出了曲軸滾壓刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)、運動參數(shù)和載荷參數(shù)的設(shè)計準(zhǔn)則與方法；對曲軸滾壓強化的表面硬化層的深度和殘余應(yīng)力進(jìn)行理論預(yù)測，探討滾壓工藝參數(shù)對殘余應(yīng)力與變形層分布及數(shù)值上的影響；在對曲軸有限元，模型規(guī)范化研究的基礎(chǔ)上，提出了通用化的分析模塊劃分方法、模型參數(shù)化方法和系統(tǒng)實現(xiàn)方法；通過顯式-隱式求解手段將滾壓強化和強度分析模型有機地融合在一起，形成統(tǒng)一的分析模型，研究考慮滾壓強化效應(yīng)的曲軸有限元建模與分析方法，對曲軸滾壓后的殘余變形進(jìn)行了分析計算?！肚S滾壓關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計理論與數(shù)值模擬》內(nèi)容在一定程度上解決了工程上滾壓工藝參數(shù)和刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇無據(jù)可依的問題，為科學(xué)評價滾壓強化效果提供了方法和依據(jù)。

《曲軸滾壓關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計理論與數(shù)值模擬》可供企業(yè)中從事曲軸強度和強化研究與實踐的專業(yè)技術(shù)人員參考使用，亦可供機械設(shè)計、汽車與動力機械工程、應(yīng)用力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的科研人員、工程技術(shù)人員和碩士、博士研究生參考。

室內(nèi)土工試驗是研究土的特性的試驗。室內(nèi)土工實驗的主要內(nèi)容包括：

（1）土的物理性質(zhì)試驗

包括含水量、密度、比重、液限、塑限、顆粒分析、相對密度試驗等。

（2）土的水理性質(zhì)試驗

包括滲透試驗、濕化試驗等。

（3）土的力學(xué)性質(zhì)試驗（靜態(tài)）

包括固結(jié)試驗、先期固結(jié)壓力的確定、固結(jié)系數(shù)的確定、匣式直接剪切試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、三軸剪切試驗、K0試驗、休止角、擊實試驗、靜彈性模量試驗等。

（4）土的動力性質(zhì)的室內(nèi)試驗

包括動三軸試驗、共振柱試驗、空心圓柱試驗、震動臺試驗、動單剪試驗等。

根據(jù)土的力學(xué)特性試驗結(jié)果，勘察設(shè)計單位就會根據(jù)地基和巖土環(huán)境的特點設(shè)計出合理的建筑方案，能夠最大程度的保證施工和建筑物的安全。所以土工試驗對于經(jīng)濟建設(shè)而言是十分重要的。