基于离散元的钢‑土界面往复剪切特性研究

梁越; 魏琦; 陈创

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.201912018

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于离散元的钢‑土界面往复剪切特性研究

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 基于离散元的钢‑土界面往复剪切特性研究
- Reciprocating Shear Characteristics of Steel‑soil Interface Based on Discrete Element Method
- 防灾减灾工程学报 2023年43卷第4期页码：878-886
- 作者机构：
  
  1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆 400074
  2.重庆交通大学河海学院,重庆 400074
  3.广西博世科环保科技股份有限公司,广西南宁 530000
- 作者简介：
  
  梁越（1985—），男，教授，博士。主要从事地下含水层层析扫描、渗透破坏数学模型及数值模拟方法相关研究。E‑mail：liangyue2560@163.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2018YFB1600400;2018YFC1504700);国家自然科学基金项目(41530640);重庆市基础与前沿研究科学基金(cstc2018jcyjAX0559);中国地质调查局公益性项目(DD20189270);重庆交通大学研究生教育创新基金项目(2018S012)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.201912018
  中图分类号： U617
- 收稿：2019-12-18，
  
  修回：2020-06-28，
  
  纸质出版：2023-08-28
- 稿件说明：
移动端阅览
梁越,魏琦,陈创.基于离散元的钢‑土界面往复剪切特性研究[J].防灾减灾工程学报,2023,43(04):878-886.

LIANG Yue,WEI Qi,CHEN Chuang.Reciprocating Shear Characteristics of Steel‑soil Interface Based on Discrete Element Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(04):878-886.
梁越,魏琦,陈创.基于离散元的钢‑土界面往复剪切特性研究[J].防灾减灾工程学报,2023,43(04):878-886. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201912018.

LIANG Yue,WEI Qi,CHEN Chuang.Reciprocating Shear Characteristics of Steel‑soil Interface Based on Discrete Element Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(04):878-886. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201912018.

摘要

架空直立式码头结构被越来越多的应用于现代化内河港口建设，码头中所使用的大直径钢护筒嵌岩桩与桩周回填土形成钢‑土界面，在船舶系靠等重复荷载作用下，界面的往复剪切行为影响桩基的承载性能。使用颗粒流软件及离散元方法，通过改变接触面的运动方式模拟了钢‑土界面往复剪切特性，研究了接触面类型、剪切频率和剪切振幅等对往复剪切特性和界面能量变化的影响。研究结果表明：试样的剪切区域面积、剪切应力分布受接触面类型及粗糙度影响较大；同种类型的接触面，法向应力越大剪切区域面积会随之增大，但剪切区域面积的增加存在上限；剪切应力的主要作用范围在接触面中部，作用范围随着法向应力的增大而增大，剪切效果是几种因素共同作用的结果；在往复剪切运动中，各界面接触面附近孔隙率随时间步长增大不断减小，部分接触面孔隙率呈周期性波动；剪切频率、振幅对接触面附近孔隙率影响不大；边界能中大部分转化为应变能，小部分转化为摩擦能并受界面类型、界面粗糙度等因素的影响。

Abstract

The structure of overhead vertical wharf is increasingly used in the construction of modern inland ports. The large-diameter steel casing rock socketed pile used in the wharf and the backfill around the pile form a STEEL-SOIL interface. Under the action of repeated loads such as ship berthing， the reciprocating shear behavior of the interface affects the bearing capacity of the pile foundation. Using particle flow software and the discrete element method， the reciprocating shear characteristics of the steel-soil interface are simulated by changing the movement modes of the contact surface. The effects of contact surface type， shear frequency and shear amplitude on the reciprocating shear characteristics and the change of interface energy are studied. The results show that the shear area and shear stress distribution of the specimen are greatly affected by the type and roughness of the contact surface； for the same type of contact surface， the larger the normal stress is， the larger the shear area will be， but there is an upper limit to the increase in the shear area； the main active area of the shear stress is in the middle of the contact surface， and it increases with the increase of the normal stress； the shear effect is the result of several factors； in the reciprocating shear movement， the porosity near each interface decreases with the increase of time step， and the porosity near some interfaces fluctuates periodically； the shear frequency and amplitude have little influence on the porosity near the interface； most of the boundary energy is transformed into strain energy， and a small part is converted into friction energy； the transformation is affected by the interface type， interface roughness and other factors.

关键词

Keywords

references

刘明维，贾理，梁越，等 . 三峡成库后库区码头基础形式分析及研究展望［J］. 中国港湾建设， 2014 （ 3 ）： 13 ‑ 19 .

Liu M W ， Jia L ， Liang Y ， et al . Analysis and research of the wharf foundation type after the three gorges reservoir area ［J］. China Harbour Engineering ， 2014 （ 3 ）： 13 ‑ 19 . （in Chinese）

廖红建，盛谦，高石夯，等 . 库水位下降对滑坡体稳定性的影响［J］. 岩石力学与工程学报， 2005 ， 24 （ 19 ）： 56 ‑ 60 .

Liao H J ， Sheng Q ， Gao S H ， et al . Influence of drawdoun of reservoir water level on landslide stability ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2005 ， 24 （ 19 ）： 56 ‑ 60 . （in Chinese）

戴会超，王玲玲，蒋定国 . 三峡水库蓄水前后长江上游近期水沙变化趋势［J］. 水利学报， 2007 ， 373 （增1 ）： 226 ‑ 231 .

Dai H C ， Wang L L ， Jiang D G . Near term water flow and silt concentration variation trend of YangtzeRiver before and after impounding of Three Gorges Reservoir ［J］. Journal of Hydraulic Engineering ， 2007 ， 373 （ Sup1 ）： 226 ‑ 231 . （in Chinese）

李坚平 . 框架码头大直径钢护筒嵌岩桩基工作性状研究［D］. 重庆：重庆交通大学， 2015 .

Li J P . Study on the mechanical performance oflarge diameter steel‑tube‑concreterock‑socketed piles in the frame wharf ［D］. Chongqing ： Chongqing Jiaotong University ， 2015 . （in Chinese）

梁越，刘泽宇，张强，等 . 破碎泥岩颗粒与钢护筒接触面往复剪切特性试验研究［J］. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2016 ， 35 （ 4 ）： 60 ‑ 64 .

Liang Y ， Liu Z Y ， Zhang Q ， et al . Reciprocating shear characteristics of contact interface between broken mudstone and steel casing ［J］. Journal of Chongqing Jiaotong University（Natural Science）， 2016 ， 35 （ 4 ）： 60 ‑ 64 . （in Chinese）

费逸，赵春风，王有宝，等 . 砂土‑混凝土接触面注浆剪切试验研究［J］. 三峡大学学报（自然科学版）， 2019 ， 41 （ 4 ）： 1 ‑ 5 .

Fei Y ， Zhao C F ， Wang Y B ， et al . Shear experiment study of sand‑concrete interface considering grouting . Journal of China Three Gorges University（Natural Sciences）， 2019 ， 41 （ 4 ）： 1 ‑ 5 . （in Chinese）

王海军，魏华，杨建民 . 二重钢管混凝土桩头的性能研究［J］. 沈阳工业大学学报， 2005 ， 27 （ 6 ）： 674 ‑ 677 .

Wang H J ， Wei H ， Yang J M . Study on bearing capacity of doubled steel tubular pile ［J］. Journal of Shenyang University of Technology ， 2005 ， 27 （ 6 ）： 674 ‑ 677 . （in Chinese）

Shahrour I ， Rezaie F . An elastoplastic constitutive relation for the soil‑structure interface under cyclic loading ［J］. Computers and Geotechnics ， 1997 ， 21 （ 1 ）： 21 ‑ 39 .

曹文，李维朝，唐斌，等 . PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究［J］. 工程地质学报， 2017 ， 25 （ 2 ）： 455 ‑ 462 .

Cao W ， Li W C ， Tang B ， et al . PFC Study on building of 2D and 3D landslide models ［J］. Journal of Engineering Geology ， 2017 ， 25 （ 2 ）： 455 ‑ 462 . （in Chinese）

王思齐 . 基于PFC2D的滑坡破坏及运动过程模拟［J］. 科技创新与应用， 2019 （ 2 ）： 79 ‑ 81 .

Wang S Q . Simulation of landslide failure and movement process based on PFC2D ［J］. Technology Innovation and Application ， 2019 （ 2 ）： 79 ‑ 81 . （in Chinese）

夏磊，曾亚武 . 基于PFC2D数值模拟的交替压裂中应力阴影效应研究［J］. 岩土力学， 2018 ， 39 （ 11 ）： 4269 ‑ 4277， 4286 .

Xia L ， Zeng Y W . Stress shadow effect of alternative fracturing based on numerical simulation of PFC2D ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2018 ， 39 （ 11 ）： 4269 ‑ 4277， 4286 . （in Chinese）

施凤根 . 基于PFC3D的文家沟滑坡高速远程运动学特征研究［D］. 北京：中国地质大学， 2014 .

Shi F G . The study of rapid and long‑runout characteristics of Wenjiagou landslide based on PFC3D ［D］. Beijing ： China University of Geosciences ， 2014 . （in Chinese）

李爽，刘洋，吴可嘉 . 砂土直剪试验离散元数值模拟与细观变形机理研究［J］. 长江科学院院报， 2017 ， 34 （ 4 ）： 104 ‑ 110 .

Li S ， Liu Y ， Wu K J . Exploring mesoscopic deformation mechanism of sand in direct shear test by numerical simulation using discrete element method ［J］. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute ， 2017 ， 34 （ 4 ）： 104 ‑ 110 . （in Chinese）

刘方成，吴孟桃 . 橡胶砂直剪试验的颗粒离散元细观力学模拟［J］. 合肥工业大学学报（自然科学版）， 2017 ， 40 （ 7 ）： 944 ‑ 951 .

Liu F C ， Wu M T . Micromechanics simulation of direct shear test of rubber‑sand mixture with discrete element method ［J］. Journal of Hefei University of Technology（Natural Science）， 2017 ， 40 （ 7 ）： 944 ‑ 951 . （in Chinese）

杜娟 . 二维颗粒流程序PFC2D特点及其应用现状综述［J］. 安徽建筑工业学院学报（自然科学版）， 2009 ， 17 （ 5 ）： 68 ‑ 70 .

Du J . The overivew of characteristics and applications of PFC2D ［J］. Journal of Anhui Institute of Architecture & Industry（Natural Science）， 2009 ， 17 （ 5 ）： 68 ‑ 70 . （in Chinese）

杨艳，常晓林，周伟，等 . 裂隙岩体水力劈裂的颗粒离散元数值模拟［J］. 四川大学学报（工程科学版）， 2012 ， 44 （ 5 ）： 78 ‑ 85 .

Yang Y ， Chang X L ， Zhou W ， et al . Simulation of hydraulic fracturing of fractured rock mass by PFC~（2D）［J］. Journal of Sichuan University （Engineering Science Edition）， 2012 ， 44 （ 5 ）： 78 ‑ 85 . （in Chinese）

Liang Y ， Yeh T C J ， Wang J ， et al . Effect of particle size distribution on soil‑steel interface shear behavior ［J］. Soil Mechanics and Foundation Engineering ， 2017 ， 54 （ 5 ）： 310 ‑ 317 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

滑坡碎屑流对透过性柔性网的冲击动力特征研究