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基于颗粒流理论的深海玄武岩破碎机理研究

海洋工程 2018年第5期36卷 74-82页

作者：李力高贺朋中南大学机电工程学院湖南长沙410083 深海矿产资源开发国家重点实验室湖南长沙410012

针对深海玄武岩岩芯样品在高围压下难以破碎获得的问题,理论分析了金刚石与岩石的相互作用。采用单轴与三轴压缩实验,获得了模拟深海玄武岩的力学参数;基于颗粒流理论,建立了深海玄武岩线性平行黏结颗粒流数值模型,数值模拟高围压下金... 详细信息

针对深海玄武岩岩芯样品在高围压下难以破碎获得的问题,理论分析了金刚石与岩石的相互作用。采用单轴与三轴压缩实验,获得了模拟深海玄武岩的力学参数;基于颗粒流理论,建立了深海玄武岩线性平行黏结颗粒流数值模型,数值模拟高围压下金刚石颗粒破碎玄武岩的过程,获得了金刚石与玄武岩相互作用的动态力学响应规律,初步阐明金刚石破碎玄武岩机理。研究表明,玄武岩颗粒间黏接破坏主要为拉伸失效,玄武岩与金刚石接触力体现为周期应力,玄武岩产生间歇式裂隙扩散。理论分析与仿真结果基本吻合,表明建模与仿真的正确性,为深海便携式取芯钻机设计提供了理论基础与技术依据。

关键词：玄武岩颗粒流理论单颗粒金刚石钻进力

基于颗粒流理论的深海沉积物剪切特性模拟研究

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矿冶工程 2017年第6期37卷 1-6页

作者：李力吕敬科中南大学机电工程学院湖南长沙410083 深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室湖南长沙410012

基于深海沉积物的微观物理性质,提出以膨润土、硅藻土和水等物料为主成分的模拟沉积物配方,配制了与深海沉积物相似的模拟沉积物,并开展其十字板剪切实验,从宏观上获得其应力-转角的剪切特性曲线。基于颗粒流理论,采用接触粘结模型,构... 详细信息

基于深海沉积物的微观物理性质,提出以膨润土、硅藻土和水等物料为主成分的模拟沉积物配方,配制了与深海沉积物相似的模拟沉积物,并开展其十字板剪切实验,从宏观上获得其应力-转角的剪切特性曲线。基于颗粒流理论,采用接触粘结模型,构建了具有高孔隙比、高含水率和粘聚力等特性的沉积物颗粒流模型,开展其十字板剪切过程数值模拟,从细观上获得其应力-转角的剪切特性曲线。研究表明,模拟沉积物具有与深海沉积物相同的极低剪切强度和剪切变稀特性,其剪切特性的细观数值模拟曲线与宏观实验曲线吻合,验证了粘性的沉积物颗粒流模型和数值模拟方法的正确性,探明了沉积物颗粒的细观参数,表明粘结强度决定沉积物宏观的剪切强度,为海底采矿车行走性能实验和从细观层面研究深海沉积物剪切特性提供了坚实基础。

关键词：深海沉积物模拟沉积物剪切特性十字剪切板实验颗粒流理论

基于颗粒流理论的加载速率对煤岩损伤演化特性的影响分析

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中国煤炭 2017年第7期43卷 85-88,107页

作者：张磊刘玥山西大同大学煤炭工程学院山西省大同市037003

基于颗粒离散元程序PFC,利用黏结颗粒模型BPM设计了不同位移加载速率的单轴压缩试验,对加载过程中煤岩裂纹扩展情况及破坏形态进行了记录,研究分析了加载速率对煤岩损伤演化规律及声发射特性的影响。结果表明,随着加载速率的增大,煤岩... 详细信息

基于颗粒离散元程序PFC,利用黏结颗粒模型BPM设计了不同位移加载速率的单轴压缩试验,对加载过程中煤岩裂纹扩展情况及破坏形态进行了记录,研究分析了加载速率对煤岩损伤演化规律及声发射特性的影响。结果表明,随着加载速率的增大,煤岩单轴抗压强度及破坏程度增大;加载速率越大,煤岩破坏时的端面效应越大,破坏形态由单一的剪切破坏向多面剪切破坏转变;加载速率对煤岩声发射活动的影响主要集中在应力峰值附近,加载速率越大,煤岩峰值破坏时的声发射活动越剧烈。试验结果可为煤矿及岩体工程的损伤劣化监测提供一定的参考,并且对煤矿安全开采具有重要的指导意义。

关键词：加载速率煤岩损伤声发射颗粒流理论

基于颗粒流理论的水泥稳定碎石混合料新型拌合技术

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山东交通科技 2022年第2期 34-37页

作者：路来芬徐钦升闫翔鹏莒南县交通运输局山东临沂276699 山东省交通科学研究院山东济南250031

为了提升水泥稳定碎石混合料的耐久抗裂性能,基于颗粒流理论的水稳混合料新型拌合技术,改善混合料搅拌过程中集料均匀性,提高水泥稳定碎石混合料性能,并在满足强度指标前提下,进一步探究新型拌合工艺降低水泥剂量和缩短养护龄期的可行性。

关键词：水泥稳定碎石颗粒流理论新型拌合技术均匀性抗裂性能

基于颗粒流强度双折减理论的粉土边坡稳定性分析

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基于颗粒流强度双折减理论的粉土边坡稳定性分析

作者：孙玉琢东北林业大学

学位级别：硕士

边坡的稳定性分析是地质灾害研究的热点方向,我国是一个滑坡多发的国家,极大威胁到人民的生命安全与财产安全,开展滑坡的滑移机理研究对防灾减灾有着重要意义。干湿循环对土体产生的力学特性的影响是不可逆的,是导致山体滑坡灾害的主要... 详细信息

边坡的稳定性分析是地质灾害研究的热点方向,我国是一个滑坡多发的国家,极大威胁到人民的生命安全与财产安全,开展滑坡的滑移机理研究对防灾减灾有着重要意义。干湿循环对土体产生的力学特性的影响是不可逆的,是导致山体滑坡灾害的主要因素之一,降雨会导致地下水位的升高,而在旱季高温作用下水位将有所下降,土体经历过频繁的干燥蒸发以及降雨入渗引起地下水位波动,在此干湿循环因素的影响下土体必然产生形变、强度等物理力学性质的变化。本文以黑龙江某粉土边坡土体为研究对象,通过室内标准直剪试验得到粉土经过干强度指标经湿循环后的强度衰减规律,拟合出粉土强度指标同干湿循环次数间的强度公式,再从细观力学层面出发,结合强度双折减理论研究粉土边坡稳定性。本文的研究成果如下:（1）通过室内标准直剪试验研究得到,随着干湿循环次数的增加,重塑粉土的强度指标黏聚力和内摩擦角是以不同速率进行折减的,黏聚力折减幅度达30%,内摩擦角折减了12%,在粉土滑坡的产生与发展中黏聚力的衰减更加明显,内摩擦角强度变化相对平稳。（2）结合颗粒流理论,在PFC5.0程序中对标准直剪试验结果进行参数匹配得到粉土宏-细观力学指标之间的联系,进而得到影响粉土强度特性的细观力学指标变化规律。根据参数匹配的模拟结果可知,细观参数衰减进程是不同的,切向黏结强度受干湿循环的影响相比于法向黏结刚度数值下降幅度明显,颗粒间的摩擦力系数一定程度上联系于土体的内摩擦角,体现土体的抗剪强度,颗粒间的摩擦力系数虽呈现下降的趋势,但是变化幅度相对切向黏结强度较小。（3）建立颗粒流边坡模型,基于强度双折减理论对粉土边坡进行细观力学特性分析,研究粉土滑坡产生与发展进程中边坡的形态变化,进行边坡失稳的全程分析,运用重力增加法计算边坡安全系数并与传统边坡安全系数的计算方法进行对比,模拟结果表明,通过颗粒流PFC程序求得的边坡安全系数小于有限单元法得到的安全系数,研究结果可为粉土边坡稳定性分析提供参考。

关键词：颗粒流理论强度双折减粉土直剪试验干湿循环

同方学位论文库评论

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抛石挤淤机理及其颗粒流数值模拟研究

中南大学学报（自然科学版） 2010年第1期41卷 310-315页

作者：张明鸣徐卫亚夏玉斌周先齐河海大学水利水电工程学院江苏南京210098 中国交通建设集团水运规划设计院有限公司北京100007 河海大学岩土工程研究所江苏南京210098 厦门理工学院建筑工程系福建厦门361024

利用压载挤淤理论对深圳港大铲湾三期陆域形成工程及海口马村港区一期工程抛石挤淤堤挤淤深度进行预测研究,比较挤淤深度计算值与实测值;通过理论分析,提出抛石挤淤机理;采用颗粒流理论(PFC)模拟抛石挤淤的施工过程及施工控制条件;比较... 详细信息

利用压载挤淤理论对深圳港大铲湾三期陆域形成工程及海口马村港区一期工程抛石挤淤堤挤淤深度进行预测研究,比较挤淤深度计算值与实测值;通过理论分析,提出抛石挤淤机理;采用颗粒流理论(PFC)模拟抛石挤淤的施工过程及施工控制条件;比较相同作业条件下不同淤泥层厚度的挤淤深度关系。研究结果表明:挤淤深度计算值明显小于实测值;抛石挤淤机理不仅仅是压载问题,它还包含块石动能冲击和局部应力集中对挤淤深度的影响;在不同抛填强度、块石直径的挤淤深度,其模拟结果与实测结果基本吻合,一次性抛石量越大;块石直径越大,则挤淤深度越大;淤泥层厚度越大,则挤淤深度也越大。

关键词：抛石挤淤压载法颗粒流理论

采用二维颗粒流软件对水泥冷再生混合料间接抗拉强度模拟

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硅酸盐学报 2019年第11期47卷 1611-1620页

作者：王勇生刘延金甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司兰州730030 青海大学土木工程学院西宁810016

采用二维颗粒流软件(PFC2D)对水泥冷再生混合料间接抗拉强度开展模拟试验研究。为了对数值试验中细观力学参数的调整提供依据,并分析模拟试验结果的可靠性,首先对水泥冷再生混合料间接抗拉强度开展室内试验,得出宏观力学参数值。然后确... 详细信息

采用二维颗粒流软件(PFC2D)对水泥冷再生混合料间接抗拉强度开展模拟试验研究。为了对数值试验中细观力学参数的调整提供依据,并分析模拟试验结果的可靠性,首先对水泥冷再生混合料间接抗拉强度开展室内试验,得出宏观力学参数值。然后确定混合料中颗粒的接触本构模型,建立数值试件。进行模拟加载,不断调整细观力学参数值,直到最终模拟试验结果与室内试验结果相吻合,得出最终细观力学参数值。利用得出的细观力学参数,对不同颗粒级配条件下的试件进行模拟试验,通过与室内试验对比,验证模拟试验的可靠性。结果表明:模拟试验中应力增长曲线与室内试验结果基本吻合,数值试验中3组试件的间接抗拉强度值与室内试验实测值得平均误差仅为2.14%;所确定的接触模型和细观力学参数值是准确的,可在相关研究中用模拟试验代替室内试验,提高研究效率;模拟试验真实地展现了试件在荷载作用下内部颗粒的运移情况,揭示了材料强度形成机理和细观力学特征。

关键词：水泥冷再生混合料颗粒流理论数值试验间接抗拉强度细观力学参数

低频动载应力波传播规律及颗粒流模拟方法研究

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岩石力学与工程学报 2016年第8期35卷 1555-1568页

作者：张诗淮吴顺川陈子健北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

基于颗粒流理论,分别建立大尺度一维、二维颗粒流数值模型,研究低频动载应力波的传播规律。在一维颗粒链模型中,分别从震源激发方式、黏结模型、数值弥散、边界条件的角度系统地研究P波在数值模型中的传播规律,为模拟动载应力波在二维... 详细信息

基于颗粒流理论,分别建立大尺度一维、二维颗粒流数值模型,研究低频动载应力波的传播规律。在一维颗粒链模型中,分别从震源激发方式、黏结模型、数值弥散、边界条件的角度系统地研究P波在数值模型中的传播规律,为模拟动载应力波在二维颗粒流模型中的传播提供了参考数据。大尺度一维颗粒链模型(6 400 m)研究结果表明:(1)雷克子波不存在高频角点,比正弦波更适合模拟波场震源;(2)当颗粒链模型采用接触黏结时,P波振幅随距离的增大而衰减,但波速基本不变,与理论值的相对误差为0.12%;(3)当颗粒链模型采用平行黏结时,P波波形产生强烈扭曲;(4)数值弥散分析表明,雷克子波峰值频率的增大和震中距的增大均会使弥散程度增大,但峰值频率的增大主要使波的振幅降低,震中距的增大使振幅和波速均降低。当频率f≤60.23 Hz,角频率?与波数k近似成线性关系,弥散现象可忽略;(5)边界条件分析表明,对于刚性边界,反射波与入射波的振幅大小相等,符号相反,边界处质点的位移等于0;对于自由边界,反射波与入射波的振幅完全相等,符号相同,边界处质点的振幅为入射波的2倍;对于吸收边界,反射波振幅比入射波相比大约减少了96.8%,能有效降低反射波的影响。根据以上结论,在大尺度二维六角形排列颗粒流模型(3 000 m?3 000 m)中,采用接触黏结模型,并施加吸收边界条件,分别探讨了P波和S波波阵面特征及波形与波速的变化,并定性地分析了远场条件下的场源效应。结果表明:(1)当在震源处施加集中力时,模型中出现由点震源激发的P波和S波。考虑到颗粒间的切向刚度为零,S波的存在说明颗粒几何排布对应力波在颗粒模型中的传播规律影响很大;(2)当震源频率一定时,震中距越大,P波和S波的振幅及波速均因弥散作用而降低,且S波弥散程度更大;(3)场源效应分析表明,在震源处施加集中力时,P波位移场在力的方向上幅值最大,在垂直于力的方向上无位移;S波位移场在垂直于力的方向上幅值最大,在力的方向上无位移。上述研究得到了应力波在大尺度一维、二维颗粒流模型中传播的规律,与理论分析结果较为吻合,对进一步模拟研究岩石的动态力学行为及其细观机制具有重要的参考价值。

关键词：岩石力学颗粒流理论动载应力波数值弥散边界条件集中力场源效应

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土的室内平面应变试验的颗粒流模拟

同济大学学报（自然科学版） 2002年第9期30卷 1044-1050页

作者：周健廖雄华池永徐建平同济大学地下建筑与工程系上海200092 武汉轨道交通有限公司总工程师办公室湖北武汉430017

作为颗粒流理论实际应用的前期可行性研究 ,针对具有凝聚力和无凝聚力的两类典型的内摩擦地质材料粘性土与砂土进行了材料试样室内平面应变试验结果的颗粒流PFC2D仿真 .对比研究表明利用颗粒流理论所建立起来的PFC2D数值仿真试验模型是... 详细信息

作为颗粒流理论实际应用的前期可行性研究 ,针对具有凝聚力和无凝聚力的两类典型的内摩擦地质材料粘性土与砂土进行了材料试样室内平面应变试验结果的颗粒流PFC2D仿真 .对比研究表明利用颗粒流理论所建立起来的PFC2D数值仿真试验模型是能够通过改变计算模型中颗粒单元的性质 ,以及颗粒集合体的级配特征等给出与真实材料土工试验类似的本构行为的 .这种可行性最根本的意义在于基于颗粒流理论的数值仿真试验能够突破常规土工试验在仪器设备能力及试验条件上的局限性 ,对实际土样的本构行为作出理论方面的某种预测 .此外针对颗粒流仿真试样的细观力学特征与物理试样宏观力学响应之间的关系进行了参数研究 ,并揭示了一些规律 .这些工作对颗粒流理论在岩土工程实际应用方面的研究和开发有一定的参考价值 .

关键词：室内平面应变试验颗粒流模拟颗粒流理论粘土砂土应力-应变关系内腐擦材料