粗粒含量对砂卵石土宏细观力学特性影响分析

摘 要: 砂卵石土粗粒含量对基坑及隧道围岩等稳定性影响较大,然而不同粗粒含量砂卵石土宏细观力学特性尚不明确。采用室内大型粗粒土三轴试验与数值三轴试验相结合的方法,对不同粗粒含量砂卵石土宏观及细观力学特性开展研究。研究结果表明：随着粗粒含量增加,砂卵石土的应力应变曲线表现为应变软化性;围压不变时,砂卵石土随着粗粒含量增加,应力峰值增大而达到峰值时的应变逐渐减小;建立了砂卵石土粗粒含量与内摩擦角和粘聚力等力学指标之间函数关系,随着粗粒含量的增加,砂卵石土的内摩擦角与粘聚力呈线性增大;提出了不同粗粒含量砂卵石土的接触模量、颗粒刚度比、摩擦系数、接触粘结强度等颗粒离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层工程精细化设计及施工提供理论支撑。     

颗粒形状对砂性土宏细观力学性质的影响

针对多数关于颗粒形状对砂性土宏细观力学性质的影响方面的研究中忽略的两个问题,天然砂性土中颗粒的随机不规则形状和对比试验中颗粒的体积不相等问题,基于已有的研究成果,对天然的硅质粗砂做了直剪试验,然后通过离散元程序PFC对其进行模拟,并设计了基于圆形颗粒的对比试验。试验结果表明,颗粒形状只有在较高的法向应力下才可以增加砂性土的剪切峰值强度,当法向应力较低时,不规则形状颗粒组成的砂性土的剪切峰值强度还不如圆形颗粒组成的砂性土,且当颗粒间的摩擦作用较弱时会有类似的现象,临界值强度并没有因颗粒形状的不规则而有明显差别。对此结果的细观机理也做了浅析,认为在较低法向应力时,圆形砂性土较大的剪胀角是其剪切峰值强度较大的主要原因。     

球形颗粒流数值模拟宏细观力学强度参数相关性研究

采用颗粒离散元方法研究岩土体的细观力学性质时,由于细观参数的选取具有一定的人为性和不确定性,如何确定宏、细观参数之间的关系是必须面临的难题。基于平行粘结模型,在大量数值三轴压缩试验基础上,建立了岩土颗粒材料三维细观参数(颗粒摩擦系数、颗粒接触刚度比、颗粒粘结强度、颗粒粘结强度比)与材料宏观力学强度参数(c,φ)的标定关系。结果表明:细观参数颗粒接触刚度比与颗粒摩擦系数对岩土颗粒材料的剪切强度参数(c,φ)影响较大,其他参数影响可忽略;采用多元非线性拟合方法,定量给出了相关细观参数与宏观剪切强度参数(c,φ)的计算公式;并通过一处于蠕滑状态的边坡力学状态对标定的参数准确性进行了验证。所建立的预测公式可为相关力学计算与数值模拟提供参数确定依据。     

考虑粗骨料破碎的混凝土力学特性细观模拟

基于离散元方法,采用三维扫描技术获得粗骨料真实形态,并通过黏结颗粒模型实现粗骨料破碎,构建混凝土粗骨料-砂浆-ITZ的三相离散元模型,从细观层次探究粗骨料破碎对混凝土变形和破坏特性的影响.结果 表明:含有不同可破碎粗骨料质量分数的混凝土应力-应变曲线变化趋势基本相同,峰值应力和峰值应变整体上随可破碎粗骨料质量分数的增加...     

单剪试验的细观模拟研究

采用离散单元法的颗粒流理论,模拟了松砂和密砂的单剪固结排水试验,研究了单剪试验中砂土细观力学行为和细观组构的演化规律。本文采用PFC2D实现了单剪试验的模拟,记录了实验中颗粒的分布图,接触力分布图,位移图等,同时也测得应力-应变关系,以及配位数等,并用origin软件将其绘制成图表。分析了砂土变形过程中细观组构的变化,并对比分析了松砂、密砂在剪切过程中变形机制的区别。最后阐述了剪切过程中应力主轴的旋转问题。     

可燃冰沉积物宏细观力学特性真三轴试验离散元模拟

为了研究孔隙填充型可燃冰沉积物在复杂应力状态下的力学特性,采用三维离散元法对孔隙填充型可燃冰沉积物试样进行在不同平均应力、不同中主应力系数下的真三轴压缩模拟试验,研究平均应力和中主应力系数对宏、细观力学性质的影响以及细观力学机制的演化与宏观力学特性的联系。结果表明:平均应力的取值主要影响可燃冰沉积物的峰值强度;大、中、小主应力以及大、中、小主应变受到中主应力系数的取值影响较大,其变化趋势与颗粒接触的强接触组构主值表现出良好的相似性;在三向应力不等的情况下,可燃冰沉积物的破坏强度符合Lade-Duncan准则;随着中主应力系数逐渐增大,XY平面上的法向接触力更倾向于朝着中主应力方向发展。     

混凝土缺陷细观多尺度研究

目的 基于细观多尺度理论,针对含初始缺陷(气孔)的混凝土强度,进行参数化研究.方法 制作不同缺陷水平的立方体混凝土试件,进行单轴压缩试验;在此基础上,基于Monte Carlo法,编制Python脚本程序,驱动ABAQUS随机有限元平台,进行混凝土三级配骨料颗粒2D和3D细观模拟研究.结果 球形骨料混凝土损伤的3D数值...     

尾矿坝变形细观力学机理的颗粒流数值模拟

以新建四川省盐源县平川铁矿黄草坪尾矿库为工程背景,通过堆坝模型试验与室内土工试验,获得尾矿坝干滩面几何特征、颗粒分布规律及尾矿力学性质。基于离散元理论,采用PFC2D数值模拟软件进行双轴试验,与土工试验结果对比,得到尾矿细观力学参数,并分析尾矿坝颗粒接触力分布、颗粒位移与坝体结构变形特征。结果显示:1)初期坝中颗粒间接触力较大,形成的力链大致呈45°倾斜向上;坝体尾矿颗粒接触力随着埋深的增加而增大,在基岩凸起处接触力较大且集中。2)初期坝颗粒位移不明显,堆积坝少数尾矿颗粒沿坡面向下滚动,具有较大位移;尾矿堆积坝存在较为典型的滑移面,滑移面上部区域颗粒位移较大。3)初期坝结构变化不明显,尾矿堆积坝中靠近初期坝内坡面附近结构变形显著。     

糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元分析

糯米浆灰土是一种常见的遗址保护建筑材料,为研究糯米浆灰土压缩加载过程中的糯米-石灰胶结破坏和接触组构演化情况,采用离散单元法开展了糯米浆灰土无侧限压缩和三轴剪切离散元模拟。首先基于软胶结模型考虑糯米浆-石灰的强度特征,制备了糯米浆灰土离散元试样;然后通过参数敏感性分析为试样赋予合理的接触模型等效模量和胶结强度参数,最后对试样开展无侧限和三轴压缩模拟。结果表明：离散元模拟能再现糯米浆灰土加载试验的主要特征;加载过程中胶结破坏数量先缓后快增加,最终趋于平缓,胶结破坏呈现一定的聚集效应;无侧限压缩下胶结接触主要发生拉伸破坏,随着围压增加,剪切破坏接触数量增加;试样偏组构快速增加段为胶结破坏诱发。     

A mathematical model capable of describing the liquid flow mainly in a blast furnace

The molten liquid flow inside a packed bed is a familiar momentum transportation phenomenon in a blast furnace. With regard to the reported mathematical models describing the liquid flow within a packed bed, there are some obstacles for their application in engineering design, or some limitations in the model itself. To overcome these problems, the forces from the packed bed to the liquid flow were divided into appropriate body and surface forces on the basis of three assumptions. Consequently, a new mathematical model was built to present the liquid flow inside the coke bed in a blast furnace. The mathematical model can predict the distribution of liquid flowrate and the liquid flowing range inside the packed bed at any time. The predicted results of this model accord well with the experimental data. The model will be applied considerably better in the simulation on the ironmaking process compared with the existent models.     

非规则颗粒与滚筒球磨机相互作用的离散元–有限元耦合分析

非规则颗粒形态显著影响球磨机中颗粒材料的运动行为，同时对球磨机结构产生不同的力学响应。采用超二次曲面方程描述非规则颗粒材料，并发展了离散元（discrete element method,DEM）–有限元（finite element method, FEM）耦合算法以分析非规则颗粒材料与滚筒球磨机间的相互作用。在该算法中，滚筒球磨机被划分为一系列四边形单元，并且超二次曲面颗粒与球磨机间的接触判断可转化为超二次曲面颗粒与四边形单元间的接触判断。将计算得到的碰撞力向节点插值，该节点力作为载荷条件在有限元中进行隐式动力学求解，并通过求解颗粒运动方程和有限元动力方程实现颗粒运动更新和结构力学响应分析。进一步分析了滚筒球磨机中球体、圆柱体和立方体颗粒材料的运动行为以及滚筒球磨机的变形及应力分布规律。研究结果表明：颗粒形状显著影响球磨机研磨效果和球磨机结构位移；立方体颗粒具有最好的研磨效果，而圆柱体颗粒比球体颗粒具有更好的研磨效果；在结构位移上，立方体颗粒有最大的峰值位移，其次是圆柱体和球体颗粒；相比于规则的球体颗粒，超二次曲面颗粒有不规则的表面形状，这会导致更好的研磨效果和更大的结构位移。     

沥青混合料单轴压缩试验的离散元仿真

沥青混合料是一种具有非连续性特征的道路材料,而当前的道路设计理论却将其处理成连续均质体系,这使得材料的细观力学性质得不到应有的考虑。为突破常规数值方法基于连续性的理想假设,进行了某级配的沥青混合料单轴压缩试验的离散元模拟,并将模拟试验与室内试验进行了比较。结果表明,离散单元数值方法能够通过改变计算模型中颗粒单元的性质给出与实际试验相符的本构行为。此外,还针对离散元仿真试件的细观力学特征对沥青混合料本构行为的影响进行了初步的参数研究,并揭示了一些规律,这对于离散元方法今后在道路材料和结构工程中的实际应用提供了有益的指导。     

离散颗粒多尺度分级模型与破碎模拟

在所建议传统离散颗粒模型基础上引入了多尺度分级模型,定义了不同尺度的基本颗粒和颗粒簇模拟颗粒破碎现象．在统计断裂力学Weibull分布公式基础上利用名义应力给出了多尺度分级模型意义下颗粒破碎概率;结合颗粒簇的解簇模型建议了一个可模拟颗粒破碎的多尺度分级离散颗粒模型．数值例题初步显示了所建议模型模拟颗粒破碎现象的有效性．并利用所提出的名义有效应变和名义体积应变显示了颗粒破碎过程对颗粒材料结构物变形的影响．     

考虑初始弹模变化的混凝土动力损伤本构模型

混凝土的动力本构模型是混凝土结构动力分析的基础,混凝土的初始弹模变化对其动力本构有显著的影响。该文研究考虑初始弹模变化的混凝土动力损伤本构模型的建立方法。首先根据损伤理论建立了混凝土动力损伤与静力损伤之间的关系,并且考虑了动力损伤与静力损伤之间初始弹性模量的差异,进而建立了基于静力损伤本构理论的混凝土动力损伤本构方程。该方程可以考虑弹模变化和加载速率的变化对本构方程的影响。文中还利用现有实验结果进行了验证,表明该文建立的模型可以较好地反映混凝土的动力损伤特性。     

三维离散元法软件开发研究

提出由机械部件的CAD模型建立其三维离散元法分析模型,在此基础上实现CAD软件与自主研制的三维离散元法分析软件的集成,从而构建一种集设计和性能分析评价为一体的与散粒材料接触作用的机械部件的通用数字化设计方法和集成设计分析软件,为相关机械部件结构和尺寸参数的优化设计奠定了基础.介绍了自主研制的三维离散元法分析软件的结构、主要功能及关键技术的实现方法,包括提出的实边界和虚边界的概念等.     

一类生物种群增长的数学模型解的稳定性分析

对种群服从Gompertz增长建立了的数学模型,分析和讨论了平衡点解的存在性、稳定性。并从生态学的角度阐述了我国像渔业、林业这样的再生资源,一定要注意适度开发,应该在持续稳产的前提下追求产量或效益的最优化,实现生物资源的可持续开发与利用。     

地震诱发滑坡形成机理与动态模型研究

根据福建某山区公路边坡滑坡情况,应用基于离散单元理论的颗粒流数值模拟程序,运用典型地震波,建立波在连续介质与离散介质中的传播等效关系,模拟地震作用下边坡离散介质的动力边界条件.通过分析地震过程中边坡内部颗粒的位移、速度、应力以及边坡细观组构变化,如孔隙率、接触数、滑动比时程分布情况,探求地震诱发滑坡的形成机理.