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椭球颗粒体系宏细观特性的三维离散元分析
肖浩波1, 漆天奇1, 杨舒涵1, 周 伟2,2, 刘嘉英3
(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司;2.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;3.浙大城市学院土木工程系)
Macro and micro-behaviors of ellipsoidal particle system using 3D DEM simulation
摘要
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投稿时间:2022-06-16    修订日期:2022-10-11
中文摘要: 颗粒材料由大量不同形状的离散颗粒组成,其力学特性与构成颗粒体系的颗粒形状密切相关,目前关于颗粒形状对颗粒材料剪切强度的影响已有大量的物理试验或数值模拟试验研究,而非球形颗粒材料在复杂应力路径下的宏、细观力学特性认识还不够充分。本文采用离散单元法(DEM)对按一定级配生成的不同伸长率的椭球颗粒体系进行等σ3(第三主应力)等b(中主应力比)的真三轴加载数值模拟试验,研究了椭球颗粒体系的三维宏、细观力学特性,并验证了常用三维强度准则对椭球颗粒体系的适用性。研究结果表明在三维加载路径下,不同于圆球颗粒体系宏、细观演化规律的一致性,椭球颗粒体系的宏观应力面与细观组构面演化规律不一致,宏观应力比与强接触网络组构偏值/均值比线性不为1,归因于椭球颗粒体系弱接触网络对宏观应力的贡献;椭球颗粒体系宏观体应变、细观法向接触力分布、接触数目及配位数分布等宏、细观指标与加载路径无关;随着椭球伸长率η增大,Mohr-Coulomb、Lade-Duncan、Mastsuoka-Nakai及施维成三维强度准则对φmax(峰值内摩擦角)~b关系预测准确度逐渐增大,其中Lade-Duncan准则能更好地拟合不同加载路径下椭球颗粒体系的数据点。本文的研究为提高人们对真实应力状态下椭球颗粒材料的宏、细观特性提供了一定的理论基础。
Abstract:Granular materials are composed of a large number of discrete particles with different particle shapes, and their mechanical properties are closely related to the particle shape of the particle system. At present, the macro and micro properties of non spherical granular materials under complex stress paths are not fully understood. A series of constant-σ3 constant-b true triaxial tests on ellipsoid particles system with a certain gradation are carried out by using the discrete element method (DEM), and the elongation of ellipsoid particles η is changed to reflect the effects of particle shape on the macro-mechanical properties, and the applicability of the commonly used three-dimensional strength criteria to the ellipsoid particle system is verified. The results show that under the three-dimensional loading path, different from the consistency of the macro and micro evolution laws of the spherical particle system, the evolution laws of the macro stress surface and the micro fabric surface of the
文章编号:202200615     中图分类号:TU431    文献标志码:
基金项目:国家自然科学(51909194), 长江设计集团有限公司自主创新项目(CX2020Z47)
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