为研究在季节冻土区，显著的温度波动改变筋土界面力学特性进而影响寒区加筋土工程的力学稳定性和长期耐久性能。通过离散元法PFC3D软件，针对-5℃下粗粒土-土工格栅室内直剪试验，进行直剪试验数值模拟。方法研究了土工格栅加筋粗粒土在直剪试验中土工格栅的单体变形受力、孔隙率变化、粗粒土的位移与旋转及土体内部的力链应力场等宏细观特性演化过程，并通过模拟与室内试验结果的对比分析，验证模型的准确性和实用性。结果表明：在-5℃的低温条件下，随着剪切位移的增加，变形逐渐明显，且纵肋的变形显著大于横肋。深入分析土体内部不同截面的孔隙率变化，可以观察到孔隙率随着剪切位移的增长而降低，且剪切面上下的孔隙率呈现非对称分布模式。剪切位移主要集中于剪切面周围，位移呈现左高右低的特征，并随着剪切的进行，土体内部形成中心对称的拱形结构。进一步探究土体的应力场变化，初始时强力链沿盒壁分布，形成低应力区，而应力峰值过后，颗粒间接触力减少，力链沿对角线分布，这种分布特征与施加的水平推力有着密切的关联。研究成果从细观角度对粗粒土的加筋机理提供了理论解释，可为季节性冻土区的加筋土工程设计参数提供了数据支撑。
为研究在季节冻土区，显著的温度波动改变筋土界面力学特性进而影响寒区加筋土工程的力学稳定性和长期耐久性能。通过离散元法PFC3D软件，针对-5℃下粗粒土-土工格栅室内直剪试验，进行直剪试验数值模拟。方法研究了土工格栅加筋粗粒土在直剪试验中土工格栅的单体变形受力、孔隙率变化、粗粒土的位移与旋转及土体内部的力链应力场等宏细观特性演化过程，并通过模拟与室内试验结果的对比分析，验证模型的准确性和实用性。结果表明：在-5℃的低温条件下，随着剪切位移的增加，变形逐渐明显，且纵肋的变形显著大于横肋。深入分析土体内部不同截面的孔隙率变化，可以观察到孔隙率随着剪切位移的增长而降低，且剪切面上下的孔隙率呈现非对称分布模式。剪切位移主要集中于剪切面周围，位移呈现左高右低的特征，并随着剪切的进行，土体内部形成中心对称的拱形结构。进一步探究土体的应力场变化，初始时强力链沿盒壁分布，形成低应力区，而应力峰值过后，颗粒间接触力减少，力链沿对角线分布，这种分布特征与施加的水平推力有着密切的关联。研究成果从细观角度对粗粒土的加筋机理提供了理论解释，可为季节性冻土区的加筋土工程设计参数提供了数据支撑。
为研究在季节冻土区，显著的温度波动改变筋土界面力学特性进而影响寒区加筋土工程的力学稳定性和长期耐久性能。通过离散元法PFC3D软件，针对-5℃下粗粒土-土工格栅室内直剪试验，进行直剪试验数值模拟。方法研究了土工格栅加筋粗粒土在直剪试验中土工格栅的单体变形受力、孔隙率变化、粗粒土的位移与旋转及土体内部的力链应力场等宏细观特性演化过程，并通过模拟与室内试验结果的对比分析，验证模型的准确性和实用性。结果表明：在-5℃的低温条件下，随着剪切位移的增加，变形逐渐明显，且纵肋的变形显著大于横肋。深入分析土体内部不同截面的孔隙率变化，可以观察到孔隙率随着剪切位移的增长而降低，且剪切面上下的孔隙率呈现非对称分布模式。剪切位移主要集中于剪切面周围，位移呈现左高右低的特征，并随着剪切的进行，土体内部形成中心对称的拱形结构。进一步探究土体的应力场变化，初始时强力链沿盒壁分布，形成低应力区，而应力峰值过后，颗粒间接触力减少，力链沿对角线分布，这种分布特征与施加的水平推力有着密切的关联。研究成果从细观角度对粗粒土的加筋机理提供了理论解释，可为季节性冻土区的加筋土工程设计参数提供了数据支撑。
在低温、积雪等极端气候条件下,积雪堆积在动车组前端楔形体排障器上将影响动车组的空气动力学性能、能效以及运行安全性.本文在长14m的风洞中开展楔形体表面覆雪实验,模拟风速为5 m/s的工况,并结合离散元方法对雪花颗粒间的相互作用进行仿真,研究了积雪与楔形体表面之间摩擦力、颗粒入射角和碰撞速度的动态变化特征.通过对比实验与仿真结果,分析了不同形状、角度的楔形体设计对积雪堆积情况的影响.研究发现,楔形体顶部区域的积雪深度,随着距模型顶部距离的减小,呈现先增大后减小的趋势;而斜面区域的积雪深度,则随着距模型顶部距离的减小先增大,且积雪呈现向右下角延伸的趋势.实验和仿真结果在雪深极值位置的误差小于4%.本研究为优化动车组排障器外形设计、提升其冬季运行性能和安全性提供了理论依据.
在低温、积雪等极端气候条件下,积雪堆积在动车组前端楔形体排障器上将影响动车组的空气动力学性能、能效以及运行安全性.本文在长14m的风洞中开展楔形体表面覆雪实验,模拟风速为5 m/s的工况,并结合离散元方法对雪花颗粒间的相互作用进行仿真,研究了积雪与楔形体表面之间摩擦力、颗粒入射角和碰撞速度的动态变化特征.通过对比实验与仿真结果,分析了不同形状、角度的楔形体设计对积雪堆积情况的影响.研究发现,楔形体顶部区域的积雪深度,随着距模型顶部距离的减小,呈现先增大后减小的趋势;而斜面区域的积雪深度,则随着距模型顶部距离的减小先增大,且积雪呈现向右下角延伸的趋势.实验和仿真结果在雪深极值位置的误差小于4%.本研究为优化动车组排障器外形设计、提升其冬季运行性能和安全性提供了理论依据.
在低温、积雪等极端气候条件下,积雪堆积在动车组前端楔形体排障器上将影响动车组的空气动力学性能、能效以及运行安全性.本文在长14m的风洞中开展楔形体表面覆雪实验,模拟风速为5 m/s的工况,并结合离散元方法对雪花颗粒间的相互作用进行仿真,研究了积雪与楔形体表面之间摩擦力、颗粒入射角和碰撞速度的动态变化特征.通过对比实验与仿真结果,分析了不同形状、角度的楔形体设计对积雪堆积情况的影响.研究发现,楔形体顶部区域的积雪深度,随着距模型顶部距离的减小,呈现先增大后减小的趋势;而斜面区域的积雪深度,则随着距模型顶部距离的减小先增大,且积雪呈现向右下角延伸的趋势.实验和仿真结果在雪深极值位置的误差小于4%.本研究为优化动车组排障器外形设计、提升其冬季运行性能和安全性提供了理论依据.
极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测，由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟，近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰，通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率，采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力，由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟，并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性，再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力，最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明，极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程，并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。
极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测，由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟，近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰，通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率，采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力，由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟，并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性，再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力，最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明，极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程，并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。
冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响，由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为，提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型(F-DEM)。模型将碎屑冰冻体概化为冻土、碎石实体单元以及黏聚力单元，将根据试验所得的碎屑冰冻体抗剪强度升温劣化描述为黏聚力单元的黏结强度的升温劣化过程。首先，在冻土内预置使用“牵引-分离”准则的黏聚力单元来代表孔隙冰。然后，在Abaqus软件中使用用户自定义子程序VUSDFLD，通过温度场变量对黏聚力单元的黏结强度劣化规律进行控制。将数值结果与试验进行对比，发现峰值抗剪强度、变形模式、破坏模式等宏观响应特征和强度劣化规律与试验结果吻合较好。对融冰率、碎石率和载荷水平等条件对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响进行了研究，结果表明：当融冰率≤2%，剪切破坏模式为粗糙的“锯齿状”；随着融冰率增加(> 2%)，剪切破裂面逐渐向较为平滑的“圆弧状”转变。在冻土-碎石界面，由于强度差异较大容易形成应力集中，导致裂缝沿该界面形成渐进式贯通。含石率的增加会导致碎屑冰冻体抗剪强度的降低。随融冰率...
冰川碎屑冰冻体的冰水赋存状态对温度的变化非常敏感。近年受到气候变暖影响，由碎屑冰冻升温融化而引发的冰崩灾害被广泛报道。为了研究温升条件下碎屑冰冻体的抗剪强度劣化行为，提出了正融碎屑冰冻体的有限-离散元数值模型(F-DEM)。模型将碎屑冰冻体概化为冻土、碎石实体单元以及黏聚力单元，将根据试验所得的碎屑冰冻体抗剪强度升温劣化描述为黏聚力单元的黏结强度的升温劣化过程。首先，在冻土内预置使用“牵引-分离”准则的黏聚力单元来代表孔隙冰。然后，在Abaqus软件中使用用户自定义子程序VUSDFLD，通过温度场变量对黏聚力单元的黏结强度劣化规律进行控制。将数值结果与试验进行对比，发现峰值抗剪强度、变形模式、破坏模式等宏观响应特征和强度劣化规律与试验结果吻合较好。对融冰率、碎石率和载荷水平等条件对碎屑冰冻体剪切力学行为的影响进行了研究，结果表明：当融冰率≤2%，剪切破坏模式为粗糙的“锯齿状”；随着融冰率增加(> 2%)，剪切破裂面逐渐向较为平滑的“圆弧状”转变。在冻土-碎石界面，由于强度差异较大容易形成应力集中，导致裂缝沿该界面形成渐进式贯通。含石率的增加会导致碎屑冰冻体抗剪强度的降低。随融冰率...