采用pfc模拟岩土工程领域地基处理中的振动密实法。 通过clump构建振冲器或振动杆

采用pfc模拟岩土工程领域地基处理中的振动密实法。 通过clump构建振冲器或振动杆。

在岩土工程里处理软弱地基，振动密实法是个狠角色。想要在颗粒流（PFC）里复现这个过程，得先解决两个核心问题：怎么造出能振动的钢杆，以及如何让颗粒体系产生密实效果。咱们直接从建模开整。

先说振冲器的造型设计。PFC的clump功能最适合用来捏这种不规则刚体。下面这段代码搞了个带锥形头的振动杆：

; 生成振冲器主体
clump template create name='vibrator' ...
    position 0 0 0 ...
    nodes 0 0 0 0.3 0.5 0.3 0.5 0.3 0.5 ;锥头坐标
    pebbles 0.2 0.25 0.3 ;不同粒径的鹅卵石组合

; 实际生成振动杆
clump create template 'vibrator' ...
    position 5 5 10 ...
    material steel ;自定义钢材参数
    group 'vibrator_group'

这里用pebbles参数搞了个渐变截面，模拟真实振冲器的锥形头。材料参数里记得给杨氏模量设个2e8 Pa以上的值，毕竟钢杆可不能随便变形。

振动逻辑才是重头戏。要让clump动起来，得在每次计算循环里更新受力状态：

[global freq = 30.0] ;振动频率
[global amp = 0.15]  ;振幅

fish define apply_vibration
    local clp = clump.find(1)
    local t = mech.time.total
    local phase = 2*math.pi*freq*t
    
    ;施加正弦波式的激振力
    clp.force.x = 80000 * math.sin(phase)
    clp.force.z = 150000 * (math.cos(phase/2) - 1)
    
    ;加个扭矩模拟旋转振动
    clp.torque.y = 5e4 * math.sin(phase*0.8)
end

这个振动函数里混入了轴向振动和旋转振动，更接近现场施工时的情况。注意z方向的力用了个变形波形，模拟冲击贯入力。

参数调试阶段最容易翻车。建议搞个实时监控：

; 在计算循环里插个监测
fish define monitor_density
    local meas_ball = measure.ball(1)
    current_density = meas_ball.porosity
    if mech.time.total % 0.1 == 0
        io.out('当前孔隙比: '+string(current_density))
    endif
end

孔隙比突然下降太快？可能是振动参数过猛导致颗粒飞溅。这时候该回头调调amp和freq这对冤家，通常频率控制在20-50Hz，振幅别超过粒径的1/3。

最后来个工程应用实例------模拟分层振冲：

fish define layered_compaction
    loop layer from 1 to 5
        ;贯入阶段
        clp.pos.z = 10 - layer*2.0
        mech.solve(1000) ;贯入耗时
        
        ;振动密实阶段
        loop vib_step from 1 to 30
            apply_vibration
            mech.solve(50)
        end_loop
    end_loop
end

这个分层下压配合间歇振动的策略，能有效避免过冲。跑完模拟后用measure sphere做个体密度检测，对比处理前后的孔隙率变化，效果立竿见影。

搞振动模拟最怕能量不守恒。建议在代码里加个能量审计：

fish define energy_check
    local ke = mech.kinetic
    local strain = mech.strain
    io.out('动能/应变能比值: '+string(ke/strain))
end

比值突然飙高说明可能有数值不稳定，该检查时间步长或接触刚度了。记住，好的振动模拟应该像打桩机作业------动静结合，张弛有度。