基于离散元细观分析的土壤动态行为研究

本文从宏观形态分析和离散元细观结构模拟两方面,对干土壤和湿土壤的动态行为变化规律进行了深入研究。通过设定不同推土板切土角和使用不同表面形态推土板,从定性和定量角度,对推土板前端土壤宏观形态变化过程进行了试验分析。结果表明,推土板切土角和表面形态对干土壤波动幅度和波动频率变化,以及铲刃附近湿土壤裂纹形成和扩展等土壤动态行为具有重要影响。根据土壤内毛管水形成的不连续液桥对土壤颗粒之间粘性作用的影响,建立了土壤颗粒接触非线性离散元力学模型。通过离散元模拟土壤的动态外观图、速度场、位移场、接触力场、并行约束场以及并行约束力场对土壤宏观形态和细观结构的变化规律进行了研究。研究结果表明,离散元模拟结果与试验结果基本一致,同时,离散元细观模拟能够通过土壤内部土壤颗粒的细观运动解释土壤外部宏观形态变化过程,从本质上揭示土壤动态行为变化规律。