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力学学报 2019年第1期51卷 26-35页

作者：刘嘉英周伟马刚李易奥刘其文武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 贵州省水利水电勘测设计研究院贵阳550002

颗粒材料的宏观应力变形特征与其微观接触力、组构等紧密相关.一般而言,强接触系统属于颗粒内部体系的传力结构,其对应的组构张量是影响宏观应力性质的重要因素.细观数值方法 (如离散单元法)能够反映物理试验的基本规律,并且可以方便地... 详细信息

颗粒材料的宏观应力变形特征与其微观接触力、组构等紧密相关.一般而言,强接触系统属于颗粒内部体系的传力结构,其对应的组构张量是影响宏观应力性质的重要因素.细观数值方法 (如离散单元法)能够反映物理试验的基本规律,并且可以方便地提取宏微观数据来研究颗粒体系的应力变形机制.采用离散单元法(discrete element method, DEM)进行一系列等p等b应力路径下颗粒材料的真三轴试验,在此基础上研究了三维应力路径下颗粒材料的宏微观力学参数的演化过程、三维组构张量与应力张量多重联系以及强接触体系反映的宏观应力特征.研究表明:颗粒体系偏应力峰值状态和临界状态均存在与加载路径无关的宏微观特征;三维应力路径下组构张量与应力张量存在非共轴性,但其联合不变量演化过程表现出加载路径无关的特征;与弱接触系统的组构张量相比,强接触系统的组构张量更能反映宏观应力张量的特征;强弱接触体系的组构张量对颗粒体系宏观响应的贡献不同,其分界点存在一定取值范围,但采用平均接触力较为简单合理.

关键词：颗粒材料离散元三维应力路径接触组构强接触体系

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三枕捣固作业中捣镐夹持力对有砟道床作用效应影响研究

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铁道学报 2024年第10期 132-143页

作者：张智海肖宏刘光鹏王阳迟义浩长安大学公路学院北京交通大学土木建筑工程学院

为研究三枕捣固作业中捣镐夹持力与有砟道床状态间的联系，基于计算机成像技术构建多面体道砟颗粒，考虑捣镐与道砟间复杂传力过程，提出利用虚拟单元模拟夹持油缸作用，采用DEM-MBD耦合算法及Hertz-Mindlin Nassauer Kuna本构关系建立... 详细信息

为研究三枕捣固作业中捣镐夹持力与有砟道床状态间的联系，基于计算机成像技术构建多面体道砟颗粒，考虑捣镐与道砟间复杂传力过程，提出利用虚拟单元模拟夹持油缸作用，采用DEM-MBD耦合算法及Hertz-Mindlin Nassauer Kuna本构关系建立三枕异步捣固装置-轨排-有砟道床耦合分析模型，并借助自行研制的三向振动测试传感器(TAB)获取试验数据验证仿真模型的正确性。在此基础上，揭示夹持阶段道床内部道砟颗粒接触力组构的演变过程，并利用数理统计原理从宏细观角度分析捣镐夹持力对轨枕力学状态、道砟颗粒运动特征、道床局部区域密实度及道床刚度的影响。研究结果表明，在夹持阶段道床内部的道砟颗粒法向和切向接触力合力分布均存在明显的各向异性；枕底区域对夹持力的敏感程度较高；较小和较大的夹持力均会导致枕下上部区域道砟颗粒速度分布数学期望值和方差偏大，不利于该区域道砟颗粒的密实稳定；当夹持力为7.8 kN时，道床刚度可达最大值41.43 kN/mm,轨枕接触状态良好。因此，现场线路维修时应根据起道量定制化捣镐夹持力，建议当起道量为30 mm时，一对捣镐夹持力取为7.8 kN可保证三枕捣固作业质量。

关键词：有砟道床多面体道砟颗粒三枕异步捣固离散元接触组构

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粒间摩擦对岩土颗粒材料三维力学行为的影响机制

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岩土工程学报 2020年第10期42卷 1885-1893页

作者：杨舒涵周伟马刚刘嘉英漆天奇武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

颗粒间摩擦是影响岩土颗粒材料力学特性的重要因素之一,现有研究主要集中在粒间摩擦对颗粒集合体堆积、宏观剪切强度等的影响,而其在复杂应力路径下对岩土颗粒材料的影响机制尚不明确。采用离散单元法(DEM)进行了颗粒材料的真三轴加载... 详细信息

颗粒间摩擦是影响岩土颗粒材料力学特性的重要因素之一,现有研究主要集中在粒间摩擦对颗粒集合体堆积、宏观剪切强度等的影响,而其在复杂应力路径下对岩土颗粒材料的影响机制尚不明确。采用离散单元法(DEM)进行了颗粒材料的真三轴加载路径数值试验,通过改变颗粒间摩擦系数μ来研究粒间摩擦对颗粒材料宏观力学特性的影响。对比了4种三维强度准则,发现当0.2接触力将颗粒体系的接触网络划分为强、弱两个子网络,分析了强、弱接触网络的配位数分布、接触力和组构各向异性等。结果表明在峰值剪应力状态,随着颗粒间滑动摩擦系数μ的增加,强接触网络中参与形成"力链"的颗粒数目基本不变,但强接触网络中颗粒间法向接触力明显增加以及法向接触力各向异性加强,这是导致宏观抗剪强度增大的主要原因。而弱接触网络的配位数分布随μ值明显变化,其对颗粒体系剪胀程度的增加贡献显著。

关键词：离散元粒间摩擦真三轴数值试验强弱接触网络三维强度准则接触组构

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服役期开级配碎石透水基层集料颗粒接触弱化及组构演变机制研究

服役期开级配碎石透水基层集料颗粒接触弱化及组构演变机制研究

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作者：王泗西南交通大学

学位级别：硕士

“海绵城市”能有效缓解城镇化建设带来的城市生态环境冲突,合理铺设透水路面,具有有效防治城市内涝、减少碳排放等诸多优势,然而,大空隙率的结构特点及潮湿有水的工作环境,致使透水路面用开级配碎石透水基层服役过程中容易出现累积变... 详细信息

“海绵城市”能有效缓解城镇化建设带来的城市生态环境冲突,合理铺设透水路面,具有有效防治城市内涝、减少碳排放等诸多优势,然而,大空隙率的结构特点及潮湿有水的工作环境,致使透水路面用开级配碎石透水基层服役过程中容易出现累积变形过大问题,但其结构特性及工作机制不同于普通密级配碎石基层,采用传统动孔隙水压驱动细颗粒流失理论难以准确解释其累积变形问题。因此,本文开展了水-荷共同作用下开级配碎石透水基层颗粒接触弱化及组构演变机制研究。首先,提出了基于频谱理论的碎石微观表/界面形貌构造水平及分布特性定量表征方法,研制了开级配碎石集料微观表/界面摩擦磨损试验台,开展了15常见岩石种及15种主要造岩矿物表/界面微观摩擦磨损试验及3种工程常见集料在有/无水环境下的表/界面微观摩擦磨损试验研究,结果表明:造岩矿物及岩石表/界面动摩擦系数均呈先增大后保持稳定的时程演变趋势,表/界面32μm和2μm波长处的微观构造水平对集料颗粒间摩擦性能影响最大,正长岩、角闪石、燧石、辉石、钾长岩、磁铁矿、橄榄石这7种造岩矿物的微观摩擦磨损性能优于其它造岩矿物,水环境的存在会不同程度地降低集料颗粒间微观摩擦系数及磨损程度,进而揭示了服役过程中开级配碎石透水基层变形产生微观机理。其次,提出了基于多视角几何原理及尺度不变特征变换算法的碎石颗粒三维数值建模方法,开展了荷载作用下具有不同围压、级配、颗粒间摩擦系数及公称最大粒径的开级配碎石颗粒间细观力学特性、迁移行为及组构时程演变规律研究,揭示了服役过程中开级配碎石透水基层变形发展细观机制。最后,构建了水-荷共同作用下开级配碎石透水基层室内模型试验,提出了基于结构融合深度学习的颗粒迁移行为追踪测试方法,依次研究了外荷载大小、级配、含水状态及压实状态对开级配碎石透水基层表面宏观形变和内部细观颗粒迁移位移场、速度场及自旋角度场时程演变的影响规律,揭示了服役过程中开级配碎石透水基层宏观累积变形演变机理。本文积极响应国家生态文明建设及绿色发展重大战略需求,研究成果为长寿命开级配碎石透水路面基层优化设计提供了理论借鉴。

关键词：透水路面开级配碎石透水基层摩擦磨损接触组构颗粒细观迁移

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