【摘 要】
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砂土是一种应用广泛的工程材料,同时也是一种由颗粒组成的物质,通过颗粒之间的力链传递接触力。由于砂颗粒之间排列、摩擦、转动,力链上力的分布出现不均匀的情况,使得主要的一部分力链承担了大部分的力,产生了拱效应。砂堆底部产生的中心应力凹陷现象,以及在筒仓堆积中底部应力饱和的“粮仓效应”,都是由颗粒物质内产生拱效应而导致的。本文采用离散单元法,基于PFC模拟软件,对锥形堆积以及筒仓堆积进行模拟。将模拟结果
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砂土是一种应用广泛的工程材料,同时也是一种由颗粒组成的物质,通过颗粒之间的力链传递接触力。由于砂颗粒之间排列、摩擦、转动,力链上力的分布出现不均匀的情况,使得主要的一部分力链承担了大部分的力,产生了拱效应。砂堆底部产生的中心应力凹陷现象,以及在筒仓堆积中底部应力饱和的“粮仓效应”,都是由颗粒物质内产生拱效应而导致的。本文采用离散单元法,基于PFC模拟软件,对锥形堆积以及筒仓堆积进行模拟。将模拟结果与试验结果相对比,标定得到较为准确的计算参数,并进一步用于后续计算模拟中。通过改变摩擦系数、堆积高度、颗粒级配、颗粒形状等,研究其对内部应力的影响规律,并且基于力链传递的拱效应,对其作用机理进行分析。本文研究成果与结论如下:（1）按照分层堆积方法形成的模拟堆积,可以呈现堆积底部应力凹陷现象和筒仓堆积中的“粮仓效应”。摩擦系数对锥形堆积的堆积角度、底部应力凹陷都有较大影响,其中颗粒间摩擦系数?b增大,堆积角度有明显的增大,而颗粒与底面间的摩擦系数?f对堆积堆积角度的影响在?b小于0.6时较为明显,底部应力凹陷程度都随着摩擦系数?b、?f的增大而增大,同样,颗粒间摩擦系数的影响更为显著;（2）当选择圆形颗粒,颗粒级配与砂颗粒级配一致,颗粒间摩擦系数?b为0.8、颗粒与底面间摩擦系数?f为0.6时,模型在堆积角度、底部应力水平、应力凹陷程度等方面与砂堆积试验中测得的数据最接近,利用该参数计算得到的结果能够较为真实地反映实际砂堆内的应力变化;（3）颗粒级配与颗粒形状对锥形堆积体的应力分布有较大影响。按照Fuller级配曲线生成的密实堆积体,底部应力凹陷程度最大,而单一粒径形成的堆积体,底部应力凹陷程度最小。非圆形颗粒形成的锥形堆积体,底部应力凹陷程度比圆形颗粒堆积体更小,但堆积角度更大,由于非圆形颗粒之间互相咬合,形成的力链更稳定,但是力链连续性较低,并且分散较大;（4）筒仓堆积的底部应力在堆积中心以及侧壁处都会出现局部最小值,即应力凹陷现象。随着堆积高度的增大,底部应力逐渐出现饱和趋势,并最终达到底部应力不变的状态。筒仓侧壁正应力在堆积上部表现为近似库伦土压力理论的直线变化;（5）筒仓堆积中,侧壁与颗粒间摩擦系数?c对应力分布有显著影响。?c增大,底部应力达到饱和的高度降低。而?c为0时,底部应力将随着高度增大而不断增大,不会出现“粮仓效应”,底部应力水平远高于其他对照组,并且侧壁正应力整体随高度直线变化。
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