岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (3): 1197-1203.doi: 10.16285/j.rsm.2017.2065

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颗粒形状对粒状材料圆柱塌落影响的 三维离散元模拟

张成功1, 2,尹振宇1, 2, 3,吴则祥4,金银富3   

  1. 1. 同济大学 土木工程学院,上海 200092;2. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;3. 香港理工大学 土木与环境工程学系,香港;4. 温州大学 建筑与土木工程学院,浙江 温州 325035
  • 收稿日期:2017-10-16 出版日期:2019-03-11 发布日期:2019-04-08
  • 通讯作者: 尹振宇,男,1975年生,博士,教授,主要从事岩土及地下工程的科研与教学工作。E-mail: zhenyu.yin@gmail.com E-mail: zhangcg815@163.com
  • 作者简介:张成功,男,1991年生,硕士研究生,主要从事岩土及地下工程研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.41372285,No.51579179)。

Three-dimensional discrete element simulation of influence of particle shape on granular column collapse

ZHANG Cheng-gong1, 2, YIN Zhen-yu1, 2, 3, WU Ze-xiang4, JIN Yin-fu3   

  1. 1. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. Department of Civil and Environmental Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China; 4. School of Architecture and Civil Engineering, Wenzhou University, Wenzhou, Zhejiang 325035, China
  • Received:2017-10-16 Online:2019-03-11 Published:2019-04-08
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Fundation(41372285, 51579179).

摘要: 粒状土经常发生塌落破坏而诱发泥石流、滑坡等自然灾害。现有研究缺乏颗粒形状对粒状土塌落形态的影响分析。利用三维离散元方法,对粒状材料圆柱试样的塌落破坏机制进行了模拟分析。离散元数值模拟考虑了3种典型的颗粒形状:常规的球形颗粒、正四面体形颗粒和长条形颗粒,取相同的颗粒级配,并以同样的方法分别生成同样高径比的试样,然后进行塌落破坏。基于结果对比分析了由不同形状的颗粒组成的圆柱试样的最终塌落高度和跑出距离,并将离散元模拟与室内试验进行了对比。结果表明:利用离散元方法可以很好地重现室内粒状材料圆柱试样的塌落过程;与纯球形颗粒的试样相比,不规则形状颗粒的试样可以降低颗粒的角速度,同时可以保持较大的最终塌落高度和减小最终的跑出距离。

关键词: 颗粒流, 离散单元法, 砂土, 颗粒形状, 微观力学, 颗粒接触

Abstract: Collapse of granular soil often induces natural disasters such as debris flow and landslide. Existing studies lack the influence of particle shape on the collapse morphology of granular soils. In this paper, three-dimensional discrete element method is used to simulate the collapse failure mechanism of granular material cylinder specimens. Three typical particle shapes (spherical, tetrahedral and elongated) are considered in the numerical simulations. For each particle shape, cylinder specimens with the same size and the same grain size distribution are generated using the same method, and then collapse tests are performed. Based on experimental results, the final collapse height and runout distance of cylindrical specimens with different shapes of particles are analyzed and compared with the laboratory test. It can be concluded that the discrete element method can reproduce the collapse process of the granular columns very well. Compared with specimen of pure spherical particles, specimens composed of irregular shape particles can reduce the angular velocity of particles, maintain a larger final collapse height and reduce the final runout distance.

Key words: granular flow, discrete element method, sand, particle shape, micromechanics, particle contact

中图分类号: 

  • O158
[1] 卞康, 陈彦安, 刘建, 崔德山, 李一冉, 梁文迪, 韩啸. 不同吸水时间下页岩卸荷破坏特征的 颗粒离散元研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 355-367.
[2] 杨济铭, 张小勇, 张福友, 曾超峰, 梅国雄, . 砂土中桩-土-承台协同作用下桩基 承载特性细观研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2271-2282.
[3] 毛家骅, 袁大军, 杨将晓, 张兵, . 砂土地层泥水盾构开挖面孔隙变化特征理论研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2283-2292.
[4] 毛浩宇, 徐奴文, 李彪, 樊义林, 吴家耀, 孟国涛, . 基于离散元模拟和微震监测的白鹤滩水电站左岸地下厂房稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2470-2484.
[5] 孙银磊, 汤连生, 刘洁, . 非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1095-1122.
[6] 孙静, 公茂盛, 熊宏强, 甘霖睿, . 冻融循环对粉砂土动力特性影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 747-754.
[7] 米博, 项彦勇, . 砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的 模型试验和计算研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 837-848.
[8] 彭家奕, 张家发, 沈振中, 叶加兵, . 颗粒形状对粗粒土孔隙特征和渗透性的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 592-600.
[9] 覃玉兰, 邹新军, 曹雄. 均质砂土中水平简谐荷载与扭矩联合 受荷单桩内力、位移分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 147-156.
[10] 旷杜敏, 龙志林, 周益春, 闫超萍, 陈佳敏, . 基于BP神经网络的岩土胶结材料速率敏感 效应预测研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 390-399.
[11] 孔亮, 刘文卓, 袁庆盟, 董彤, . 常剪应力路径下含气砂土的三轴试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3319-3326.
[12] 王蕴嘉, 宋二祥. 堆石料颗粒形状对堆积密度及强度影响的 离散元分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2416-2426.
[13] 孙逸飞, 陈 成, . 无状态变量的状态依赖剪胀方程及其本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1813-1822.
[14] 吴顺川, 马 骏, 程 业, 成子桥, 李建宇, . 平台巴西圆盘研究综述及三维启裂点研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1239-1247.
[15] 庄海洋, 付继赛, 陈 苏, 陈国兴, 王雪剑, . 微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1263-1272.
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