透水型级配碎石基层填料强度演化特征的离散元模拟

来源：中国血液净化杂志2023年第2期北京时间：

作者：肖源杰, 王小明, 于群丁, 华文俊, 陈晓斌

单位：1. 中南大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410075;2. 中南大学 重载铁路工程结构教育部重点实验室, 湖南 长沙 410075;3. 中铁第四勘察设计院集团有限公司城市轨道与 地下工程设计研究院, 湖北 武汉 430063"],"fundList_en":["National Natural Science Foundation of China (52178443, U1934209, 51878673); National Key Research and Development Program of China (2019YFC1904704); Key Research and Development Program of Chinese Academy of Railway Sciences (2020YJ022, 2019YJ026); Graduate Student Innovation Project of Central South University (2021zzts0223, 2019zzts623)

摘要：骨架空隙型级配碎石填料因其较好的渗透性能而广泛应用于透水型基床结构层，但其在不同级配下的抗剪强度特征及演化规律仍不明确。首先针对6种不同级配类型的碎石填料试样开展了不同围压下的室内单调加载三轴压缩试验，进而采用考虑颗粒真实不规则形状的三维离散单元方法对室内试验结果进行了数值模拟研究，从颗粒间接触、微观组构和颗粒运动等角度揭示了透水型级配碎石基层（UPAB）填料抗剪强度机理及其随级配变化的演化特征，验证了室内试验得出的级配影响规律及级配优化设计方法。研究结果表明：细颗粒通过改变颗粒体系的内部排列结构（即各向异性程度）而直接影响级配碎石填料宏观抗剪强度，细颗粒含量对试样的剪切破坏形态有直接影响，随着细颗粒含量的减少，试样整体发生较大变形时表现为内部颗粒发生转动的比例下降但发生颗粒间滑动的比例增加；试样失稳的主要原因是由于颗粒拓扑结构的改变，最终发展成不可逆的塑性变形；级配控制参数<i>G/S</i>=1.8时试样表现出最低的各向异性特征，相同应变条件下的颗粒旋转角均值最小，表明此时试样内部的颗粒堆积排列最优且抗剪强度最高，<i>G/S</i>=1.8可取作“填充密实”型与“残余空隙”型结构的分界；不同级配的试样内部颗粒的欧拉角变化在4.75~9.50 mm粒径范围内明显减小，表明该粒径范围是颗粒发生滚动和滑动的分界粒径，而颗粒滚动和滑动与其抗剪强度直接相关，故从颗粒运动角度验证了级配控制参数<i>G/S</i>的合理性。

关键词：道路工程,强度演化特征,离散元方法,透水型级配碎石,基层填料,颗粒运动

基金资助：国家自然科学基金项目（52178443，U1934209，51878673）；国家重点研发计划项目（2019YFC1904704）；中国铁道科学研究院科技研究开发计划重大课题（2020YJ022，2019YJ026）；中南大学研究生创新项目（2021zzts0223，2019zzts623）