- 文献综述（或调研报告）：
静力触探试验（CPT）是岩土工程中用于土壤分类和土壤参数估计的原位试验方法 [1][2][3]。由于其输出的重复性和可靠性，CPT作为现场测试技术的主要选择的接受度显著提高。试验包括以控制速率（通常为20 mm/s）将一系列固定在底层锥形尖端的杆推入地面，并连续或以选定的深度间隔测量圆锥的贯入阻力、摩擦套上的局部摩擦阻力以及圆锥和套筒附近的孔隙压力。然后利用这些测量获得有关场地地层和土壤分类的信息。静力触探问题通常通过包括承载力理论[4][5]和空腔膨胀法[6][7][8]在内的理论分析，包括应力路径法[9][10]和有限元[11][12][13]内的数值分析和包括离心机实验[14][15]和标定罐实验[16][17].标定罐试验主要用于获得砂土锥阻力与工程性质之间的关系。
另一种工具。该方法从微观和宏观两个层面对颗粒材料的力学行为进行了深入研究[18][19][20]。颗粒材料中CPT的DEM模拟研究很少。Huang和Ma（1994）利用DEM模拟深穿透表明，颗粒材料中的穿透机理和土壤剪胀性都受到土壤加载历史的影响。Jiang等人[21]采用二维（2D）DEM模型研究了颗粒材料中的平面应变穿透机理，重点研究了土壤针入度计界面摩擦（尖端土壤摩擦）的影响。虽然获得了定性的见解，但他们基于圆盘的模型的局限性阻碍了与物理测试的定量比较。此外，二维模拟的运动约束完全不同于三维模拟和真实颗粒材料。Arroyo等人[22]建立了一个虚拟标定罐，使用3D DEM模型模拟单个球体和禁止旋转的沙子中的CPT。这些DEM模型中使用的颗粒被缩放为比Ticino沙粒大50倍，因此中值粒径d50为26.5mm，圆锥直径B为71.2mm。各向同性边界应力下的数值计算结果与基于Ticino砂试验的经验公式的预测结果[23]。在这种情况下，DEM与实验结果的良好一致性可以认为是由于在含有大颗粒的DEM模型中禁止了颗粒的旋转。但是，不建议使用粒度缩放，因为它降低了圆锥体直径和中值粒度B/d50之间的比率，从而减少了与圆锥体尖端接触的粒子数量，并在圆锥体尖端周围形成了大的空隙。
众所周知，天然土颗粒（例如沙子和砾石）具有不规则的形状，在 DEM 模拟中，相似的形状的颗粒需要纳入以模拟微观力学。仅使用球体表示每个晶粒不足以模仿多角颗粒的粒状材料，非球形颗粒会产生更多的互锁和旋转。一些研究人员研究了颗粒形状对粒状材料力学行为的影响[24][25]26]。Ting 等人[27]表明，抑制粒子旋转以模拟粒子粗糙度可有效控制 强度和变形。Ni[28]将每个粒子建模为两个通过高强度平行键结合在一起的球体，以研究粒子形状对抗剪切性和膨胀行 为的影响。数值结果表明，样品的变形和剪切强度行为将会随颗粒形状变化而变化。在本文中，使用了两种方法：完全禁止粒子旋转，以及使用简单的两球结构土颗粒团块研究其对尖端阻力的影响。
当颗粒材料同时承受静态和动态载荷时，它们会发生颗粒破 碎。在 DEM 中有两种方法可以模拟颗粒破碎。第一种方法是将每 个颗粒视为多孔附聚物，该附聚物是通过以较小的粘合强度粘合 较小的颗粒而构建的[29][30][31][32]。第二种方法是将破碎的粒子与等效的较小碎片组放置在一起[33][34][35][36][37][38]。McDowell和Harireche [39]使用 PFC3D模拟可破碎的 团聚体颗粒对硅砂的破坏。这项研究表明，沙粒强度遵循Weibull分布，因此可以根据大小复制正确的附聚物平均强度，并且对于给定的大小可以生成强度的正确统计分布。Lobo-Guerrero和Vallejo[40][41]在DEM中使用 PFC2D 程序来计算打入桩在不易破碎的粒状材料和易碎的粒状材料中的抗穿透性。他们的结果表明，含有弱颗粒的土壤具有较低的抗渗透性 而不是由不可破碎的颗粒组成的类似土壤。但是，在他们的模型中，质量是不守恒的，因此每当粒子破裂时，固体体积就会减少，空隙体积也会增加。McDowell和 de Bono[37]还应用 PFC3D 在里程表中对大量单个颗粒的一维压缩进行建模，并保持质量。他们研究了碎片分布对粒度分布和法向压缩线斜率的影响， 发现压缩指数仅是颗粒平均强度随粒度变化的函数。在本文中， McDowell 和 de Bono[37]用于研究在标定罐中进行CPT期间的颗粒破碎现象。
综上所述，考虑不同应力状态与颗粒破碎的CPT贯入离散元数值模拟的研究是一个很大的课题，采取数值模拟研究CPT贯入机理的的试验将在研究CPT贯入机理的过程中扮演愈发重要的角色。
参考文献：
[1] Been K Jefferies, M. Crooks. J, Rothenburg, L. The cone penetration test in sands: Part II, general inference of state. Geotechnique, 1987,37(3).
[2] Robertson P K. In situ testing its application to foundation engineering. Can. Geotech. J. 1986, 23 (4): 573–594.
[3] Yu H S. In situ soil testing: From mechanics to interpretation. The first J K Mitchell Lecture. Proc., 2nd Int. Conf. on Site Characterization ISC2, A. Viana da Fonseca and P. W. Mayne, eds., Millpress, Rotterdam, 2004, 3–38.
[4] Terzaghi, K.. Theoretical soil mechanics, Wiley, New York. 1943
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