基于离散元法的堆沉积土石体细观结构特征及力学特性研究
发布时间：2021-03-04 05:12
堆沉积土石体是由强度较高的块石、强度相对较弱的土颗粒基质填充而成的松散混合体系,具有高度的非均匀性与非连续性,且其宏观力学性质主要取决于其细观结构特征,而其细观结构特征又与混合体系内的块石密切相关。为深入探究土石体的细观结构特征及对其力学特性的影响,并进一步揭示形变内在机理,基于离散元方法建立了土石体三轴随机模型,并对模型中的细观参数进行了敏感性分析,结合室内大三轴试验结果对相关参数进行了反演验证。在此基础上,开展了两种典型地质环境下土石体的细观结构特征探究与影响土石体细观结构特征的相关因素的力学特性分析。得出了如下主要结论:（1）对土石体三轴离散元模型中的颗粒法向接触刚度、切向接触刚度、土颗粒法向粘结强度、切向粘结强度等细观参数进行了敏感性分析,得到了上述细观参数的变化对土石体试样的宏观偏应力与体应变的影响效果。（2）基于标定后的细观参数,运用离散元法开展了水平面固结环境与坡地堆沉积环境下土石体的细观结构特征探究,得到了两种地质环境下的土石体在几何排列与接触力分布上的细观结构分布规律。（3）块石定向角、块石长短轴之比、块石粒径、块石级配等因素对土石体的细观结构会存在一定影响,探讨了上...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２离散元线性接触刚度模型??
ｐｉｅｃｅ?２?Ｎ．??图２．２离散元线性接触刚度模型??（２）粘结模型??在ＰＦＣ３Ｄ离散元模型中可以将两相互接触的颗粒粘结在一起，使其产生粘??结强度。粘结模型有接触粘结模型和平行粘结模型两种，接触粘结模型作用在颗??粒接触点处且其接触间只能承受力而不能承受力矩；平行粘结作用在颗粒接触一??定范围内且其接触间既可以承受力也可以承受力矩。接触本构关系见图２．３所示。??接触粘结可等效为一对弹性弹簧，在接触点处具有恒定的法向和剪切刚度。??粘结的存在排除了滑动的可能性，由此剪切力受到摩擦系数和法向力的乘积的限??制；相反，剪切力受剪切强度的限制。粘结允许张力在与间隙接触时发展，张力??受拉伸强度的限制。??Ｋｉｒ??（ｔｅｎｓｉｏｎ）??７＞?ｙｔ?ｂｏｎｄ?Ｓ！．?ｂｏｎｄ??Ｚ?ｂｒｅａｋｓ?ｂｒｅａｋｓ??ｉｎ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｉｎ?ｓｈｅａｒ??￣￣＾?一５?．?／４ｋ??ｙｉ?＝?ｒ＾－ｇ，－ｖ／；＝〇?ｚ＾?＞??图２．３粘结模型本构关系??２．３三轴试验ＰＦＣ数值模型建立??三轴数值模型生成过程中，首先生成相
基于离散元法的堆沉积土石体细观结构特征及力学特丨生研究???一个圆柱形墙体与两个平面墙体，三者组成了一个封闭的圆柱空间，从而保??数值模型和常规三轴试验具有一致的形状。考虑到后续做参数反演分析时需要??室内大三轴试验对比，故建模吋模型尺寸的选取与室内大三轴试验保持一致，??该模型中将圆柱形墙体的直径与高度分别取为３００ｍｍ与６００ｍｍ。??墙体单元生成完成后，在其围成的封闭圆柱状空间生成相应的球形颗粒，在??石体试样中，与块石粒径相比土颗粒的粒径相对较小，故做相关分析时可以忽??其形状效应，在数值模型建立过程中，可将其等效为球形颗粒。结合相关文献??研宄［１３，２Ｑ］，以５ｍｍ作为土石颗粒粒径界限，同时考虑到计算机的计算效率，??土颗粒粒径范围进行了一定简化，其粒径在２ｍｍ￣５ｍｍ范围类服从均句分布；??石粒径范围为５ｍｍ？６０ｍｍ，粒径分布情况按实际需求级配决定。在三轴虚拟??验土石体试样的生成过程中主要采用了等量替换法和ＰＦＣ３Ｄ中自带的动态膨??法，具彳本实现过程如下：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于X-Ray CT试验的塌陷区回填体孔隙结构研究[J]. 孙伟,吴爱祥,侯克鹏,杨溢,刘磊. 岩土力学. 2017(12)
[2]含石量对土石混合体剪切特性影响的颗粒离散元数值研究[J]. 杨忠平,雷晓丹,王雷,胡元鑫,刘永权. 工程地质学报. 2017(04)
[3]Influence of heterogeneity on rock strength and stiffness using discrete element method and parallel bond model[J]. Spyridon Liakas,Catherine O’Sullivan,Charalampos Saroglou. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017(04)
[4]土石混合体二维细观结构模型的建立与数值流形法模拟[J]. 陈立,张朋,郑宏. 岩土力学. 2017(08)
[5]块石含量和空间分布对土石混合体抗剪强度影响的离散元分析[J]. 严颖,赵金凤,季顺迎. 工程力学. 2017(06)
[6]土石混合体的剪切面分形特征及强度产生机制[J]. 刘新荣,涂义亮,王林枫,冯昊,钟祖良,雷晓丹,王雷. 岩石力学与工程学报. 2017(09)
[7]基于离散元理论的土石混合料剪切特性研究[J]. 王锋. 河南理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]土石混填体抗剪强度特性及影响因素的试验研究[J]. 赵明华,刘建军,罗宏,杨明辉. 岩土力学. 2017(04)
[9]基于分形理论的北京地区砂砾石地层细观建模[J]. 杜修力,张佩,金浏,张仁波. 岩石力学与工程学报. 2017(02)
[10]基于真实块石形态的土石混合体细观力学三维数值直剪试验研究[J]. 徐文杰,王识. 岩石力学与工程学报. 2016(10)
硕士论文
[1]土石混合体的数字图像离散元分析[D]. 胡日成.重庆大学 2016
[2]离散元在含可燃冰土层及碎石料力学特性研究中的应用[D]. 姜浩.清华大学 2014
本文编号：3062623
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２离散元线性接触刚度模型??
ｐｉｅｃｅ?２?Ｎ．??图２．２离散元线性接触刚度模型??（２）粘结模型??在ＰＦＣ３Ｄ离散元模型中可以将两相互接触的颗粒粘结在一起，使其产生粘??结强度。粘结模型有接触粘结模型和平行粘结模型两种，接触粘结模型作用在颗??粒接触点处且其接触间只能承受力而不能承受力矩；平行粘结作用在颗粒接触一??定范围内且其接触间既可以承受力也可以承受力矩。接触本构关系见图２．３所示。??接触粘结可等效为一对弹性弹簧，在接触点处具有恒定的法向和剪切刚度。??粘结的存在排除了滑动的可能性，由此剪切力受到摩擦系数和法向力的乘积的限??制；相反，剪切力受剪切强度的限制。粘结允许张力在与间隙接触时发展，张力??受拉伸强度的限制。??Ｋｉｒ??（ｔｅｎｓｉｏｎ）??７＞?ｙｔ?ｂｏｎｄ?Ｓ！．?ｂｏｎｄ??Ｚ?ｂｒｅａｋｓ?ｂｒｅａｋｓ??ｉｎ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｉｎ?ｓｈｅａｒ??￣￣＾?一５?．?／４ｋ??ｙｉ?＝?ｒ＾－ｇ，－ｖ／；＝〇?ｚ＾?＞??图２．３粘结模型本构关系??２．３三轴试验ＰＦＣ数值模型建立??三轴数值模型生成过程中，首先生成相
基于离散元法的堆沉积土石体细观结构特征及力学特丨生研究???一个圆柱形墙体与两个平面墙体，三者组成了一个封闭的圆柱空间，从而保??数值模型和常规三轴试验具有一致的形状。考虑到后续做参数反演分析时需要??室内大三轴试验对比，故建模吋模型尺寸的选取与室内大三轴试验保持一致，??该模型中将圆柱形墙体的直径与高度分别取为３００ｍｍ与６００ｍｍ。??墙体单元生成完成后，在其围成的封闭圆柱状空间生成相应的球形颗粒，在??石体试样中，与块石粒径相比土颗粒的粒径相对较小，故做相关分析时可以忽??其形状效应，在数值模型建立过程中，可将其等效为球形颗粒。结合相关文献??研宄［１３，２Ｑ］，以５ｍｍ作为土石颗粒粒径界限，同时考虑到计算机的计算效率，??土颗粒粒径范围进行了一定简化，其粒径在２ｍｍ￣５ｍｍ范围类服从均句分布；??石粒径范围为５ｍｍ？６０ｍｍ，粒径分布情况按实际需求级配决定。在三轴虚拟??验土石体试样的生成过程中主要采用了等量替换法和ＰＦＣ３Ｄ中自带的动态膨??法，具彳本实现过程如下：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于X-Ray CT试验的塌陷区回填体孔隙结构研究[J]. 孙伟,吴爱祥,侯克鹏,杨溢,刘磊. 岩土力学. 2017(12)
[2]含石量对土石混合体剪切特性影响的颗粒离散元数值研究[J]. 杨忠平,雷晓丹,王雷,胡元鑫,刘永权. 工程地质学报. 2017(04)
[3]Influence of heterogeneity on rock strength and stiffness using discrete element method and parallel bond model[J]. Spyridon Liakas,Catherine O’Sullivan,Charalampos Saroglou. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017(04)
[4]土石混合体二维细观结构模型的建立与数值流形法模拟[J]. 陈立,张朋,郑宏. 岩土力学. 2017(08)
[5]块石含量和空间分布对土石混合体抗剪强度影响的离散元分析[J]. 严颖,赵金凤,季顺迎. 工程力学. 2017(06)
[6]土石混合体的剪切面分形特征及强度产生机制[J]. 刘新荣,涂义亮,王林枫,冯昊,钟祖良,雷晓丹,王雷. 岩石力学与工程学报. 2017(09)
[7]基于离散元理论的土石混合料剪切特性研究[J]. 王锋. 河南理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]土石混填体抗剪强度特性及影响因素的试验研究[J]. 赵明华,刘建军,罗宏,杨明辉. 岩土力学. 2017(04)
[9]基于分形理论的北京地区砂砾石地层细观建模[J]. 杜修力,张佩,金浏,张仁波. 岩石力学与工程学报. 2017(02)
[10]基于真实块石形态的土石混合体细观力学三维数值直剪试验研究[J]. 徐文杰,王识. 岩石力学与工程学报. 2016(10)
硕士论文
[1]土石混合体的数字图像离散元分析[D]. 胡日成.重庆大学 2016
[2]离散元在含可燃冰土层及碎石料力学特性研究中的应用[D]. 姜浩.清华大学 2014
本文编号：3062623
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/3062623.html
