一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法与流程

技术特征：
1.一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：利用不同直径大小的clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，将结构单元拼接成双排桩结构的形状，并赋予各单元间平行粘结模型；利用有限元软件建立同样形状的双排桩结构，对颗粒流和有限元软件建立的双排桩结构模型进行同等受力分析，根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定；基于颗粒流进行二次开发，生成基坑土层颗粒，并依据室内三轴试验所得宏观应力应变力学曲线进行基坑各个土层颗粒细观参数标定；在基坑土层颗粒标定的基础上，利用分层填土法进行基坑初始土层生成，并进行初始地应力平衡，对颗粒流基坑各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数；建立整体颗粒流双排桩基坑支护模型开挖支护计算流程。2.如权利要求1所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述利用不同直径大小的clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，包括：利用pfc2d颗粒流软件生成17个clump颗粒，所述clump颗粒由四个单元球a、b、c、d组成，clump颗粒球形度的计算公式为：其中：r表示以clump颗粒中心为原点，clump颗粒横截面中的最大内切圆半径；r表示以clump颗粒中心为原点，clump颗粒横截面中的最大外接圆半径r。3.如权利要求2所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述将结构单元拼接成双排桩结构的形状，并赋予各单元间平行粘结模型，包括：将结构单元拼接成双排桩结构，并利用平行粘结模型建立不同结构单元之间的连接关系，不同结构单元之间利用平行粘结传递的合力为力矩为矢量可以被分解为法向矢量和切向矢量：其中：表示法向矢量；表示切向矢量；当两个结构单元之间的平行粘结建立后，其初始合力和力矩为0，当结构单元之间发生相对运动，产生位移增量和转动增量，从而平行粘结内产生了力增量和力矩增量，在时步δt内，在结构单元接触点的相对位移增量可得在平行粘结内产生的法向和切向力增量计算式为：计算式为：δu＝vδt其中：
表示在法向产生的力增量，表示在切向产生的力增量；a表示平行粘结的横截面积；v表示两个结构单元在接触点的相对速度；δu表示两个结构单元在接触点相对位移的增量，δu
s
表示切向的相对位移增量，δu
n
表示法向的相对位移增量；k
s
表示切向刚度，k
n
表示法向刚度。4.如权利要求3所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定，包括：利用有限元软件建立形状的双排桩结构，并对颗粒流以及有限元软件建立的双排桩结构模型进行同等受力分析，根据基于有限元软件的双排桩结构的位移变形，确定基于颗粒流的双排桩结构的clump displacement_mag细观参数标定。5.如权利要求4所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述基于颗粒流进行二次开发，生成基坑土层颗粒，依据室内三轴试验所得宏观应力应变力学曲线进行基坑各个土层颗粒细观参数标定，包括：基于颗粒流方法进行二次开发，生成随机数量的基坑土层颗粒，所述生成的基坑土层颗粒中，80％的基坑土层颗粒为clump颗粒，20％的基坑土层颗粒为ball颗粒；所述clump颗粒是由多个小颗粒组成的任意形状的大颗粒，小颗粒相对位置保持固定，与内部小颗粒不产生接触力，视为纯刚体，不会发生变形破碎等情况，不同clump颗粒间的接触模型为线性接触模型；所述ball颗粒是最基本的颗粒单元，ball颗粒本身无刚度，颗粒与颗粒之间的接触为点接触，接触为柔性接触；根据室内三轴试验所得的观应力应变力学曲线，在不同测压下记录颗粒的静态响应和极限载荷，对基坑中各个土层颗粒的静态响应以及极限载荷的参数进行标定，并将测压设置为颗粒之间的连接键强度，当数值模拟出响应的测压时，不同颗粒产生对应的静态压力形变，并通过颗粒间的连接键进行相对运动。6.如权利要求5所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述利用分层填土法进行基坑初始土层生成，并进行初始地应力平衡，对颗粒流基坑各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数，包括：在生成基坑土层颗粒的空间中添加重力场，土层颗粒在重力作用下自由落体，为了加快土层颗粒下落速度，减少土层颗粒触底反弹位移，设置空间内重力场加速度10g；大粒径土层颗粒接触之后形成骨架，小粒径土层颗粒填充骨架之间的空隙，一定程度上小颗粒向下运动的空间较大，此时颗粒分布为下密上疏的土层分布结构；对生成的土层进行初始地应力平衡，使得底层土层受到的压力更大，将不同层土层颗粒受到的压力作为观应力应变力学曲线中的测压值，根据曲线对应结果，对各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数；所述不同土层颗粒标定的细观参数为土层颗粒的静态响应、极限载荷以及土层颗粒之间的连接键强度。7.如权利要求6所述的一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，其特征在于，所述建立颗粒流双排桩基坑支护模型开挖支护计算流程，包括：依据实际工程概况进行双排桩颗粒流基坑土层开挖，基坑为放坡 双排桩悬臂支护，上部放坡高度为8.6m，悬臂支护高度5m，基坑总高度13.6m，所述具体支护
‑
开挖顺序为：
1)开挖基坑初始土层第一层土；2)开挖基坑土层的第二层土，此时挖到双排桩桩顶；3)删除双排桩处位置土颗粒，生成排桩及连梁土层颗粒并赋予其初始标定的细观参数；4)开挖垂直段支护第一层土层；5)开挖垂直段支护第二层土层；6)当双排桩颗粒与土层颗粒达到力学平衡之后，模拟计算双排桩的桩身水平位移。

技术总结
本发明涉及一种数值模拟的技术领域，公开了一种双排桩基坑支护颗粒流数值模拟方法，包括：利用不同直径大小的Clump颗粒用来拟合模拟一个单位结构单元，将结构单元拼接成双排桩结构的形状；利用有限元软件建立同样形状的双排桩结构，对双排桩结构模型进行同等受力分析，根据有限元双排桩的位移变形进行颗粒流双排桩数值结构的细观参数标定；基于颗粒流生成基坑土层颗粒，并依据室内三轴试验所得宏观应力应变力学曲线进行基坑各个土层颗粒细观参数标定；利用分层填土法进行基坑初始土层生成，对颗粒流基坑各个土层赋予不同土层颗粒标定的细观参数；建立整体颗粒流双排桩基坑支护模型开挖支护计算流程。本发明实现了双排桩支护的数值模拟。护的数值模拟。护的数值模拟。


技术研发人员：张会来 夏至 施霄飞 蒋皓
受保护的技术使用者：江苏中设集团股份有限公司
技术研发日：2021.08.12
技术公布日：2021/11/8