基于PFC 3D 的黄土三轴试验细观参数敏感性分析

Abstract

从细观角度出发，研究各细观参数对黄土三轴试验宏观力学响应的影响，基于三维离散元PFC3D软件及理论，结合室内三轴试验结果确定数值模拟基本细观参数取值范围，在50 kPa、100 kPa、150 kPa、200 kPa围压下对三轴试样进行颗粒流模拟，通过改变各细观参数值对黄土数值试样宏观力学行为影响程度及正交试验设计的方式，开展黄土三轴数值模拟过程中摩擦系数、孔隙率、颗粒刚度比kn/ks、颗粒粒径分布的敏感性分析，建立土体细观参数与宏观力学的关系式。结果表明：不同围压下数值试样峰值强度和剩余强度均与摩擦系数正相关，与颗粒刚度比、孔隙率负相关，而颗粒粒径分布的变化对其影响均小于2%。低围压下(50 kPa)，孔隙率对数值试样峰值抗剪强度和剩余强度影响最大，颗粒刚度比次之，高围压下(200 kPa)，摩擦系数对数值试样强度的影响比颗粒刚度比更为显著；对数值试样的初始线弹性模量和应变软化特性影响最大的细观参数为孔隙率，刚度比次之，颗粒粒径分布最小，200 kPa围压下正交试验分析结果与数值分析结果一致。通过改变细观参数取值范围的方式系统地分析了其对黄土三轴试验宏观力学性能的影响，为今后离散元软件用于黄土室内试验研究提供了参考。