岩石单颗粒压缩破碎的数值模拟分析.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004—9665／2015／23(4)-0589—08DOI：10．13544／j．enki．jeg．2015．04．001岩石单颗粒压缩破碎的数值模拟分析冰徐永福①②奚悦①冯兴波①朱洪高②褚飞飞②(①上海交通大学土木工程系上海200240)(②河海大学文天学院马鞍山243000)摘要岩石颗粒破碎是影响粒状材料剪切强度和变形的最主要因素，岩石颗粒破碎并不是想象的那么难，像花岗岩颗粒有时在很小的压应力作用下就可以破碎。岩石单颗粒破碎的物理试验结果常常很离散，完成大量单颗粒破碎的物理试验费时费力不

2、现实，采用离散单元法(Discreteelementmethod，DEM)PFC软件模拟单颗粒压缩破碎试验，既能克服单颗粒破碎物理试验的缺陷，又能解决单颗粒破碎物理试验工作量大的难题，是研究单颗粒破碎的理想选择。基于DEM的软件PFC，将粒径为0．075～0．1245mm的基本粒子捆绑成不同粒径的单颗粒，模拟岩石单颗粒压缩破碎试验，观察颗粒破碎演化过程，统计单颗粒破碎强度。计算单颗粒压缩破碎后颗粒分布的分维，验证单颗粒破碎强度的分形模型和单颗粒破碎强度的尺寸效应。文中引用玄武岩单颗粒破碎试验结果，与单颗粒破碎的离散单元模拟结果进行比较，验证单颗粒破碎强度的尺寸

3、效应和修正的Weibu11理论的离散单元模拟结果。关键词岩石颗粒破碎强度离散单元分形分维中图分类号：TU47文献标识码：ASIMULATIONOFROCKGRAINBREAKAGEUSINGPFCDXUYongfu~XIYue①FENGXingbo①ZHUHonggao②CHUFeifei②((~DepartmentofCivilEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240)(②GeotechnicalEngineeringInstitute，WentianCollege，Maanshan24300

4、0)AbstractThemostimportantengineeringpropertiesofcoarsegranularmaterialssuchasstress—strainandstrengthbehavior，volumechangeandshearstrengthdependontheamountofgrainbreakagesthatoccurwhenthestressesimposedonsoilparticlesexceedtheirstrength．Grainbreakages(suchasgranitegrainsmayoccureve

5、natrelativelylowcompressivestresses)dependonthecharacteroftheindividualrockgrains．Experimentsofgrainbreakagesusuallyleadscatterdata，andaretimeconsumingtoperform．Agoodmethodbasedondiscreteelementmethod(DEM)givesapotentiallyusefultooltostudysinglegrainbreakage．Anumberofbasiealparticle

6、swithdiametersof0．075～0．1245mmarebundledupagrainaggregateusingPFC2D．Grainaggregatesareusedtosimulaterockgrain．FractalmodelandsizeeffectofbreakagestrengthareanalysedusinggrainaggregatebasedonPFC2D．ExperimentaldataofbasaltgraincrushingarecitedtoverifytheDEMsimulationofthesizeeffectofc

7、rushingstrengthandthemodifiedleibullmodle．KeywordsRockgrain，Breakagestrength，Discreteelementmethod(DEM)，Fractals，Fractaldimension收稿日期：2015—04—30；收到修改稿日期：2015—05-16．基金项目：国家自然科学基金(41272318，41472251)资助．第一作者简介：徐永福(1967一)，男，博士、教授，主要从事非饱和土力学、分形介质力学和特殊土地基处理研究．Email：yongfuxu@sjtu．edu．an590J

8、ournalofEngineering