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晶粒尺寸对岩石宏观力学性质和破坏行为的影响的离散元模拟

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晶粒尺寸对岩石宏观力学性质和破坏行为的影响的离散元模拟

2018年全国固体力学学术会议

作者：胡修文李雨中国地质大学(武汉)工程学院湖北核工业勘察设计院

岩体的变形、强度和破坏主要受结构面和结构面之间完整岩块的控制。而完整岩块是矿物晶粒及其界面等缺陷的集合体,显然晶粒尺寸影响岩石的力学性质与破坏行为。但由于矿物晶粒的类型、含量、形状和尺寸与缺陷的不确定性,难以用岩石小块... 详细信息

岩体的变形、强度和破坏主要受结构面和结构面之间完整岩块的控制。而完整岩块是矿物晶粒及其界面等缺陷的集合体,显然晶粒尺寸影响岩石的力学性质与破坏行为。但由于矿物晶粒的类型、含量、形状和尺寸与缺陷的不确定性,难以用岩石小块体试验测试研究晶粒尺寸对岩块宏观变形、强度和破坏行为的影响。因而,数值模拟也许是研究其影响的必不可少的工具。本文基于锦屏均质大理岩,建立二维巴西劈裂和单轴压缩均质多边形块胶结岩块模型,其中,多边形块视为均质大理岩中的矿物晶粒,其可以发生线弹性变形,但不能破裂;多边形块之间的接触界面视为矿物晶粒间的接触面和微裂隙,采用考虑拉断的莫尔-库伦破裂准则,模型可以沿着块体间的接触界面发生拉、剪和拉-剪破裂。采用UDEC4.0数值模拟计算标定,获得数值岩块模型的微观力学参数;改变数值岩块模型中多边形块的尺寸,进行系列的离散元数值模拟试验,较系统地分析晶粒尺寸对数值岩块模型的宏观力学性质和破坏行为的影响。结果表明:晶粒尺寸影响岩石的宏观力学性质和破坏行为。

关键词：岩块离散元模拟多边形块胶结岩块模型晶粒尺寸宏观力学性质破坏行为

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冻土的宏观力学性质及研究现状

科技展望 2017年第8期27卷 73-73页

作者：张志敏苗龙吉林大学建设工程学院中水东北勘测设计研究有限责任公司

本文简要介绍了冻土宏观力学性质,从三个方面进行了分析,对冻土的研究现状进行了总结,并对冻土研究的未来进行了展望。

关键词：冻土宏观力学性质研究现状

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东河口滑坡岩石微观结构及力学性质试验研究

岩石力学与工程学报 2010年第A01期29卷 2872-2878页

作者：孙萍殷跃平吴树仁陈立伟国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室北京100081 中国地质科学院地质力学研究所北京100081 中国地质调查局北京100037 中国核电工程有限公司北京100840

东河口滑坡是"5.12"汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1300m处开始滑动,总滑程约2400m,致使780余人遇难。滑坡体主要由震旦系灰岩及白云质灰岩、寒武系炭质板岩及千枚岩构成。野外调研结果表明,以上几种岩石的自身微观结构... 详细信息

东河口滑坡是"5.12"汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1300m处开始滑动,总滑程约2400m,致使780余人遇难。滑坡体主要由震旦系灰岩及白云质灰岩、寒武系炭质板岩及千枚岩构成。野外调研结果表明,以上几种岩石的自身微观结构及宏观力学性质,对于促使该滑坡在地震作用下发生迅速启动有着至关重要的作用。为此,利用ORTHOPLAM显微镜、RMT-150C岩石力学试验系统及600kN液压式万能材料试验机,分别对岩石的显微结构及抗拉、抗压、抗剪断性质进行一系列试验研究。显微结构测试结果表明,这几种岩石的结构及矿物成分均比较复杂,大多经历至少两期的变形与变质过程;岩石力学试验结果表明,水对该滑坡体岩石的力学性质有着重要影响,在干燥状态与饱水状态下,岩石的抗拉强度、抗压强度以及抗剪断强度均有很大的差异,同时,岩石中原有的结构面也是影响其力学性质的一个重要因素。

关键词：边坡工程汶川地震东河口滑坡微观结构宏观力学性质

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东河口滑坡岩石微观结构及力学性质试验研究

东河口滑坡岩石微观结构及力学性质试验研究

FeCrAl合金材料织构对其宏观力学本构关系的影响研究

第十一次全国岩石力学与工程学术大会

作者：孙萍殷跃平吴树仁陈立伟国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室中国地质科学院地质力学研究所中国地质调查局中国核电工程有限公司

东河口滑坡是"5.12"汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1 300m处开始滑动,总滑程约2 400 m,致使780余人遇难。滑坡体主要由震旦系灰岩及白云质灰岩、寒武系炭质板岩及千枚岩构成。野外调研结果表明,以上几种岩石的自身微观结... 详细信息

东河口滑坡是"5.12"汶川大地震触发的典型高速远程滑坡,滑坡自高程1 300m处开始滑动,总滑程约2 400 m,致使780余人遇难。滑坡体主要由震旦系灰岩及白云质灰岩、寒武系炭质板岩及千枚岩构成。野外调研结果表明,以上几种岩石的自身微观结构及宏观力学性质,对于促使该滑坡在地震作用下发生迅速启动有着至关重要的作用。为此,利用ORTHOPLAM显微镜、RMT-150C岩石力学试验系统及600 kN液压式万能材料试验机,分别对岩石的显微结构及抗拉、抗压、抗剪断性质进行一系列试验研究。显微结构测试结果表明,这几种岩石的结构及矿物成分均比较复杂,大多经历至少两期的变形与变质过程;岩石力学试验结果表明,水对该滑坡体岩石的力学性质有着重要影响,在干燥状态与饱水状态下,岩石的抗拉强度、抗压强度以及抗剪断强度均有很大的差异,同时,岩石中原有的结构面也是影响其力学性质的一个重要因素。

关键词：边坡工程汶川地震东河口滑坡微观结构宏观力学性质

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固体力学学报 2020年第6期41卷 545-554页

作者：张靖宇丁淑蓉复旦大学航空航天系力学与工程仿真研究所上海200433

FeCrAl合金具有优良的高温抗氧化性和耐辐照性能,是事故容错核燃料包壳的重要候选材料.其在加工过程和热处理过程中易形成α纤维织构(//RD)和γ纤维织构(//ND),会影响材料的宏观力学性能与深加工成形能力.该研究针对具有不同织构的多晶F... 详细信息

FeCrAl合金具有优良的高温抗氧化性和耐辐照性能,是事故容错核燃料包壳的重要候选材料.其在加工过程和热处理过程中易形成α纤维织构(//RD)和γ纤维织构(//ND),会影响材料的宏观力学性能与深加工成形能力.该研究针对具有不同织构的多晶FeCrAl合金,建立了代表性体元模型,使用晶体塑性有限元方法,在ABAQUS/Explicit中模拟材料单轴加载下的宏观应力应变曲线,分析不同织构对FeCrAl合金宏观力学本构关系的影响.计算结果表明,对于具有α织构、γ织构和晶粒无择优取向的材料,在轧向上的应力应变曲线差异较小.γ织构会引起材料强烈的各向异性,在轧面法向上的屈服强度远高于轧向和横向上的屈服强度,这是因为晶粒的方向平行于加载方向,滑移系难以启动.提高γ纤维织构的比例,将增大轧面法向上的屈服强度.该研究可以为优化FeCrAl合金材料织构、加工条件和材料力学性能提供参考.

关键词：事故容错燃料 FeCrAl合金晶体塑性有限元宏观力学性质织构

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深厚覆盖层高压旋喷凝结体的宏观力学参数研究

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岩土力学 2003年第1期24卷 35-39页

作者：赖国伟黄斌常晓林武汉大学水利水电学院湖北武汉430072

基于现有工程试验资料,通过将高压旋喷凝结体分成成芯凝结体和不成芯凝结体两组材料组成,提出了深厚覆盖层高压旋喷凝结体的统计力学模型。该模型除能反映成芯凝结体的小尺度力学性质外,还可以反映不成芯凝结体的力学性质,也可考虑试验... 详细信息

基于现有工程试验资料,通过将高压旋喷凝结体分成成芯凝结体和不成芯凝结体两组材料组成,提出了深厚覆盖层高压旋喷凝结体的统计力学模型。该模型除能反映成芯凝结体的小尺度力学性质外,还可以反映不成芯凝结体的力学性质,也可考虑试验钻孔中不同芯样获得率的影响。应用随机模拟理论,给出了大体积高喷体内成芯凝结体与不成芯凝结体的空间位置及各小尺度力学参数的抽样方法。并通过结合弹塑性有限元和随机模拟两方法,建立了高喷体宏观力学性质的计算机模拟方法。应用所提三维弹塑性有限元随机模拟方法,分析研究了向家坝水电站深厚覆盖层高压旋喷凝结体的宏观力学参数。

关键词：高压旋喷灌浆宏观力学性质统计力学模型随机模拟有限元水电工程空间位置围堰

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土石混合体宏细观力学特性的离散元模拟研究

土石混合体宏细观力学特性的离散元模拟研究

作者：刘善鹏北京交通大学

学位级别：硕士

土石混合体在土工材料中属于特殊材料,其粒径跨度大,细粒成分颗粒粒径小于0.075mm,粗粒成分颗粒粒径在5mm以上有些甚至会大于100mm,其力学性质较为复杂。随着我国交通建设的迅速发展,越来越多的公路、桥梁和铁路建设中会遇到土石混合体... 详细信息

土石混合体在土工材料中属于特殊材料,其粒径跨度大,细粒成分颗粒粒径小于0.075mm,粗粒成分颗粒粒径在5mm以上有些甚至会大于100mm,其力学性质较为复杂。随着我国交通建设的迅速发展,越来越多的公路、桥梁和铁路建设中会遇到土石混合体。土石混合体中块石成分对土体性质有着决定性影响,但该种土体由于颗粒尺寸较大,所用试验仪器尺寸大于一般土工材料,使用室内试验的方法研究难度较大,常用离散单元法对土石混合体性质进行研究。本文通过Matlab数字图像处理模块分析了块石形态参数,使用离散元软件PFC研究了细观参数对土石混合体数值计算结果的影响,并使用PFC研究了块石形态对土石混合体宏观力学性质及细观参数的影响。1.使用数学软件Matlab对块石图像进行处理,使用Matlab自带图像处理程序image segmenter对单个块石图像进行处理得到了块石的二值图像。在处理多块石图像时,image segmenter的处理效果较好,但处理效率较低。2.提出了将归一化转动惯量作为土石混合体块石的形态参数之一,使用Matlab对块石的归一化转动惯量、形态分形维数、长宽比、圆形度、球度等进行了计算并分析了归一化转动惯量与其他参数的关系。3.使用颗粒流软件PFC建立双轴压缩模型,分析刚性加载与柔性加载对数值模拟结果的影响,发现低围压下,刚性加载试样的峰值强度高于柔性加载试样,残余强度低于柔性加载试样;高围压下刚性加载试样的峰值强度和残余强度均低于柔性加载试样。柔性加载试样的剪胀应变大于刚性加载试样;在细观特征上,柔性加载试样更接近室内三轴试验的结果。4.研究了细观参数对土石混合体力学特性的影响。(1)试样初始孔隙率与峰值强度和峰值摩擦角呈负相关,与剪缩应变和剪胀应变呈负相关。(2)颗粒有效弹性模量emod与试样弹性模量、峰值摩擦角呈正相关,与剪胀应变呈正相关,与剪缩应变呈负相关关系,对残余摩擦角无显著影响;(3)刚度比kratio与试样峰值摩擦角呈负相关,对残余摩擦角无显著影响。(4)颗粒法向接触刚度与峰值摩擦角呈正相关关系,但并不影响试样残余摩擦角。法向接触刚度与剪缩应变呈负相关,与剪胀应变呈正相关关系。(5)当拉剪比小于3时,法向粘结强度与峰值摩擦角呈负相关,拉剪比大于3时,法向粘结强度对峰值摩擦角影响不大;当拉剪比大于小于3时,法向粘结强度与试样粘聚力呈正相关,拉剪比大于3时,法向粘结强度对试样粘聚力影响不大。(6)颗粒间切向粘结强度能显著提高试样峰值强度,切向粘结强度与试样峰值摩擦角无显著关系,与粘聚力呈线性正相关关系。.5.研究了块石形态对土石混合体宏观力学性质及细观特性的影响。(1)块石的归一化转动惯量与试样的峰值摩擦角、残余摩擦角呈线性正相关关系。(2)块石的球度与试样的峰值摩擦角、残余摩擦角呈线性负相关关系(3)长宽比与试样的峰值摩擦角、残余摩擦角呈正相关关系。(4)在细观特征上,不同形态块石试样呈现不同的破坏形态;不同形态块石试样的细观裂缝发展方向与数量不同;随围压的增大,摩擦角较低试样的颗粒接触数增量较小;试样中块石转动的角度与块石归一化转动惯量呈正相关。

关键词：土石混合体图像处理颗粒流块石形态参数细观参数宏观力学性质

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路基填料无机化学改性微细结构研究

路基填料无机化学改性微细结构研究

作者：许敏东南大学

学位级别：硕士

我国的高速公路里程数世界第一,在高速公路的建设中,路基的设计直接控制着高速公路的质量。高速公路建设需要大量的路基填料,对于其性能指标国家规范中有着明确的要求。随着科学技术的发展和环保意识的提高,利用土壤固化剂处理路基填料... 详细信息

我国的高速公路里程数世界第一,在高速公路的建设中,路基的设计直接控制着高速公路的质量。高速公路建设需要大量的路基填料,对于其性能指标国家规范中有着明确的要求。随着科学技术的发展和环保意识的提高,利用土壤固化剂处理路基填料得到了越来越广泛的应用。本文以江苏省临海高等级公路的粉土作为研究对象,依托国家自然基金“基于计算材料学原理的路堤填料无机固化剂设计理论研究”,选取NaOH、Na2SiO3、Ca(OH)2作为无机改性剂,对改性后的土体分别进行宏观力学性质和微细结构研究,主要研究内容与结论如下：(1) 宏观力学性质以NaOH、Na2SiO3、Ca(OH)2作为无机改性剂,分别设置四组对照试验进行对比研究。在标准养护条件,分别对改性土体进行加州承载比与固结不排水试验。通过对比研究,发现无机改性剂可以有效提高路基填料的路用性能和抗剪强度指标,说明所用无机改性剂可有效地改善所研究的土体强度。(2) 微细结构研究对四组土样分别进行X射线衍射分析和CT扫描试验研究其微细结构。通过XRD图谱分析,得出素土中主要成分为石英、高岭石、钾长石、斜长石、方解石和云母,而固化剂主要与其中的高岭石、钾长石、斜长石和云母反应,生成少量方解石和CSH。通过CT扫描试验获得土体内部图像,对图像进行图像增强与图像分割,处理后对图像的平均灰度值、孔隙几何特征和分形维数进行统计,其值与改性土样微细结构变化相对应。三者与土样的宏观力学性质有一定联系,其中平均灰度值与土样CBR值有着明显的线性关系。(3) 颗粒流数值模拟根据离散元数值模拟原理,按照各土样级配,结合土样CT图像生成颗粒模型。对土样进行双轴试验模拟,以室内固结不排水试验为参照对象,标定颗粒细观参数。将双轴试验模拟结果与试验结果作对比,发现数值模拟结果与室内试验结果较为接近。CT图像的灰度值与模型的颗粒接触刚度有着明显的线性对应关系,说明CT图像细观参数对于颗粒流细观参数标定有一定的参考作用。利用相同的颗粒模型和细观参数,设置对应的伺服机制和加载系统,建立CBR试验颗粒模型。模拟后的贯入曲线与室内试验结果有着很好的对应,计算得到CBR值与室内试验结果接近,说明通过数值模拟得到土样CBR值是可行的。在此基础上,分析了加载后模型的细观力学机制,并研究了摩擦系数、黏结强度和接触刚度与模型CBR值的关系。

关键词：无机化学改性宏观力学性质微细结构颗粒流模拟