1.一种多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验数值模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、生成数值试件初始空间区域
用PFC3D软件中的“墙”命令生成数值试件初始空间区域,初始空间区域长和宽与最终数值试件的长和宽相同,初始空间区域的高度为最终数值试件高度的3~5倍;
步骤2、集料颗粒的生成
采用绘图软件生成椭球体模型,并导入PFC模拟集料颗粒形状,在数值试件的初始空间区域内,根据集料的级配,按照粒径范围先大后小的顺序生成代表集料的椭球体颗粒,并随机选择产生位置,从而实现集料颗粒的生成;
步骤3、数值试件的压密
通过设置重力场,并通过“墙”控制作用将数值试件由初始空间区域压密到最终数值试件要求的高度,最终数值试件的尺寸与室内单轴抗压强度试验试件的尺寸相同;
步骤4、选择细观力学模型,并对细观参数进行取值
对不同集料颗粒之间的接触采用线性接触刚度模型,对水泥胶浆与集料颗粒之间的接触采用平行粘结模型;其中所述的线性接触刚度模型的参数包括粗集料刚度、摩擦系数;所述的平行粘结模型中的参数包括平行粘结刚度比、平行粘结模量、平行粘结法向强度、平行粘结内聚力、平行粘结距离和平行粘结半径系数;
步骤5、套箍及压头的模拟
通过位于数值试件顶面与底面的“墙”模拟室内单轴抗压强度试验的压头及端头套箍,通过控制“墙”模拟的压头对最终数值试件进行加载;
步骤6、单轴抗压强度试验数值模拟结果获取
在最终数值试件中部布设测量球,得到测量范围内的变形量,根据压头压力和测量的变形量,得到单轴抗压强度试验数值模拟的应力‑应变曲线;
步骤7、单轴抗压强度试验数值模拟的校准
在室内采用万能试验机对多孔水泥混凝土进行单轴抗压强度试验,并获取其应力‑应变曲线,用于数值模拟的校准;当数值模拟得到的单轴抗压强度和峰值应变与室内试验结果误差在设定范围以内,则认为所取得参数是合理的,所构建的多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验是可靠的。
2.如权利要求1所述的多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验数值模拟方法,其特征在于,步骤3所述的多孔水泥混凝土室内单轴抗压强度试验试件的尺寸参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081‑2002规定进行选取,选取尺寸为:长×宽×高=150mm×150mm×300mm。
3.如权利要求1所述的多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验数值模拟方法,其特征在于,步骤4中所述的线性接触刚度模型的参数包括粗集料刚度、摩擦系数,粗集料刚度与粗集料母岩的杨氏模量E和泊松比v有关,取值按照不同的岩石种类,根据《岩石力学参考手册》进行取值,摩擦系数取值范围为0.3~0.8,加载墙的刚度为颗粒刚度的10倍。
4.如权利要求1所述的多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验数值模拟方法,其特征在于,步骤4中所述的平行粘结模型中的参数包括平行粘结刚度比、平行粘结模量、平行粘结法向强度、平行粘结内聚力、平行粘结距离和平行粘结半径系数;平行粘结刚度比取2.564,平行粘结距离以及平行粘结半径系数用来模拟水泥胶浆的胶结作用,平行粘结距离为水泥胶浆的包裹厚度,通过对室内试件进行切片,采用CCD数码相机采集试件内部结构信息,采用MATLAB对图像进行灰度转换,并结合涂料处理、滤波去噪、图像增强、图像分割和阈值化处理方式,获取水泥胶浆包裹厚度为0.5mm~2mm;剩余的未知参数平行粘结模量、平行粘结法向强度、平行粘结内聚力和平行粘结半径系数,通过重复的取值试算,当数值模拟得到单轴抗压强度和峰值应变与室内试验结果误差在设定范围以内,则认为所取参数是合理的。
5.如权利要求1所述的多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验数值模拟方法,其特征在于,步骤5中所述的加载,通过使“墙”模拟的压头以和室内试验相同的加载速率加载,每隔50个时步记录一次“墙”与多孔水泥混凝土数值试件接触面的接触力。
6.如权利要求1所述的多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验数值模拟方法,其特征在于,步骤7中所述数值模拟得到的单轴抗压强度和峰值应变与室内试验结果的误差不超过10%时,则认为所取得参数是合理的,所构建的多孔水泥混凝土单轴抗压强度试验是可靠的。