基于三维离散元的大直径钢圆筒下沉侧摩阻力

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.190454

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2020, Vol. 48 ›› Issue (4): 15-27.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.190454

基于三维离散元的大直径钢圆筒下沉侧摩阻力

丁小彬^1,2 施钰¹ 陈俊生^1,2†

1．华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640; 2．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州 510640

收稿日期:2019-07-17 修回日期:2019-11-21 出版日期:2020-04-25 发布日期:2020-04-01
通信作者: 陈俊生(1979-)，博士，副教授，主要从事隧道与地下建筑结构研究。 E-mail:jschen@scut.edu.cn
作者简介:丁小彬(1984-)，博士，副教授，主要从事地下工程与结构研究。E-mail:dingxb@scut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目 (41702295)

Side Friction of Large-Diameter Steel Cylinder Simulated Using 3D Discrete Element Method

DING Xiaobin^1,2 SHI Yu¹ CHEN Junsheng^1,2#br#

1． School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China;2． State Key Laboratory of Subtropical Building Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China

Received:2019-07-17 Revised:2019-11-21 Online:2020-04-25 Published:2020-04-01
Contact: 陈俊生(1979-)，博士，副教授，主要从事隧道与地下建筑结构研究。 E-mail:jschen@scut.edu.cn
About author:丁小彬(1984-)，博士，副教授，主要从事地下工程与结构研究。E-mail:dingxb@scut.edu.cn
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China (41702295)

摘要/Abstract

摘要： 基于三维离散元方法 (DEM)，采用颗粒流程序 (PFC3D) 对大直径钢圆筒在砂土中的贯入过程进行了数值模拟分析。分别建立了基于离心机原理的缩尺模型和调整细观参数的足尺模型，分析了圆筒贯入过程中的侧壁摩阻力分布以及土颗粒间的接触关系。将数值结果与理论值、相关试验现象进行对比，验证了离散元模型的有效性。通过进一步的参数分析，研究了不同细观参数对侧摩阻力的影响。研究发现: 与桩的贯入机制不同，大直径钢圆筒下沉过程中几乎没有土塞效应; 内侧摩阻力接近总侧摩阻力的一半，侧摩阻力均存在侧阻疲劳效应; 与缩尺模型相比，调整细观参数的足尺模型有更高的计算效率; 细观参数与宏观反应存在密切联系。

关键词: 离散元方法, 数值模拟, 大直径钢圆筒, 侧摩阻力

Abstract: The penetration process of the large-diameter steel cylinder in sandy soil was stimulated with a three-di-mensional particle flow code (PFC3D) based on the discrete element method (DEM)． A scaled model based on the principle of the centrifuge and a full-scale model with adjusting the micro-parameters were developed to analyze the sliding friction force distribution of the cylinder during installation and the contact force chain of soil particles．The DEM model was validated by comparing the simulated results with theoretical values and reported experimental phenomena． The effects of micro parameters of particles and contacts on side friction were studied through further parametric analysis． The study results show that，unlike pile penetration，there is almost no soil-plug effect during penetration process of large-diameter steel cylinder． Besides，the inside friction is half of the total friction，and the side friction has the effect of friction fatigue during installation． Compared with the scale model，the full-scale mo-del with adjustable micro-parameters has better calculation efficiency． There is a close relationship between the side friction and micro parameters．

Key words: discrete element method, numerical simulation, large-diameter steel cylinder, side friction

中图分类号:

T473.1

丁小彬施钰陈俊生. 基于三维离散元的大直径钢圆筒下沉侧摩阻力[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2020, 48(4): 15-27.

DING Xiaobin SHI Yu CHEN Junsheng. Side Friction of Large-Diameter Steel Cylinder Simulated Using 3D Discrete Element Method [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2020, 48(4): 15-27.

[1]	于鸣泉, 赵继云, 满家祥, 等. 高水基液压马达配流机构的研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(9): 19-29.
[2]	卢志民, 李博航, 唐雯, 等. 燃煤电厂SCR脱硝系统喷氨优化模拟[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(8): 62-70.
[3]	刘定平, 张向阳, 陈爱桦, 等. 基于正交设计的旋流管式除雾器性能的数值分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(6): 89-96.
[4]	麻向军, 王臻, 姚志强, 等. 偏心转子挤出机中UHMWPE熔体流动特性的数值模拟[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(5): 114-121.
[5]	戴公连, 陈坤, 葛浩, 等. 钢轨非接触式无损检测技术数值模拟研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(4): 44-52.
[6]	李树勋, 胡迎港, 李成, 等. 基于代理模型的轴流式调节阀阀体型线优化[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(3): 41-52.
[7]	田立丰, 郭美琦, 丁浩, 等. 超声速边界层气动光学效应及控制研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(2): 137-146.
[8]	于鸣泉, 赵继云, 满家祥, 等. 低速大扭矩液压马达配流机构研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(11): 101-109.
[9]	杜建明, 房倩, 王赶, 等. 高速列车经过双线隧道瞬变压力及压力梯度特征[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(9): 58-68.
[10]	宫楠, 李培振, 何徐明. 新型电涡流连梁阻尼器设计及其数值模拟分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(7): 25-34.
[11]	杜建明, 房倩, 李建业. 车隧阻塞比对高铁隧道壁面气动压力特征的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(5): 56-64.
[12]	杨晨, 王风磊, 吴嘉懿, 等. 螺旋复合型槽纹管换热器壳程热力性能分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(2): 137-144.
[13]	黄思, 张果冉, 唐梓睿, 等. 风载荷作用下球形储罐的流固耦合分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(2): 67-75.
[14]	杨松, 李文强, 黄旭, 等. 基于对流换热系数修正的钢箱梁温度场研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2021, 49(4): 47-58,64.
[15]	廖艳芬, 张曼玉, 陈顺凯, 等. 基于 FLUENT 的垃圾热解气 MILD 燃烧研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(2): 9-16.

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Side Friction of Large-Diameter Steel Cylinder Simulated Using 3D Discrete Element Method

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