土的颗粒形貌研究现状及展望

doi:10.16285/j.rsm.2020.1904

岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (8): 2041-2058.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1904

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土的颗粒形貌研究现状及展望

马成昊^{1, 2}，朱长歧¹，刘海峰¹，崔翔^{1, 2}，王天民^{1, 2}，姜开放^{1, 3}，易明星^{1, 3}

1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉 430071； 2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林 541004

收稿日期:2020-12-22 修回日期:2021-03-06 出版日期:2021-08-11 发布日期:2021-08-16
通讯作者: 朱长歧，男，1963年生，博士，研究员，博士生导师，主要从事海洋工程地质、珊瑚礁岩土的力学特性、地基加固理论的研究及实践。E-mail: cqzhu@whrsm.ac.cn E-mail:1655547758@qq.com
作者简介:马成昊，男，1997年生，博士研究生，主要从事钙质砂颗粒特性方面的研究
基金资助:
中国科学院战略性先导科技专项（A类）（No. XDA13010203）；自然科学基金面上项目（No. 41877271, No. 41572304）；湖北省自然科学基金（No. 2020CFB243）

State-of-the-art review of research on the particle shape of soil

MA Cheng-hao^{1, 2}, ZHU Chang-qi¹, LIU Hai-feng¹, CUI Xiang^{1, 2}, WANG Tian-min^{1, 2}, JIANG Kai-fang^{1, 3}, YI Ming-xing^{1, 3}

1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. College of Civil Engineering and Architecture, Guilin University of Technology, Guilin, Guangxi 541004, China

Received:2020-12-22 Revised:2021-03-06 Online:2021-08-11 Published:2021-08-16
Supported by:
This work was supported by the Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences (XDA13010203), the General Program of National Natural Science Foundation of China (41877271，41572304) and the Hubei Natural Science Foundation(2020CFB243).

摘要/Abstract

摘要： 颗粒形貌是颗粒最为重要的特征之一，其与力学性质间的相关性已经受到了越来越多的关注。为了更深入系统地梳理颗粒形貌对集合体力学性质的影响规律，对颗粒形貌的物理表征、数值模拟及室内试验等方面的研究成果进行了综述分析。研究结果表明：基于3个尺度（形状、棱角度及表面纹理参量）上对颗粒形貌的定义方法是最为理想的表述颗粒形貌特征的方法；数值方法可以模拟单个凸形颗粒的形貌及其集合体的排列结构，但对于凹形颗粒的刻画精度不理想；颗粒形貌与孔隙结构、天然休止角、界限孔隙比和粒径大小间存在着相关性；在相同级配和孔隙率下集合体的渗透系数较大程度上受控于颗粒的形貌特征；由于颗粒间咬合作用及接触点数量的不同，在均一粒径中颗粒形貌不仅会对集合体小应变强度、峰值强度及残余强度产生影响，同时还会影响其剪胀性。最后对颗粒形貌研究中存在的问题进行了讨论并对未来的研究工作进行了展望。

关键词: 研究现状, 颗粒形貌, 形状参数, 数值模拟, 室内试验, 力学性质

Abstract: Particle shape is one of the most important characteristics of particles and its correlation with mechanical properties has attracted great attentions. In order to systematize the influence of particle shape on the mechanical properties of aggregates, the research results of physical characterization, numerical simulation and laboratory test of particle shape were summarized and analyzed. The results show that the definition method of particle shape based on three scales (form, angularity and surface texture parameters) is the most ideal method to describe the particle shape characteristics. The numerical method can simulate the shape of a single convex particle and the arrangement structure of a convex particle assembly, but the characterization of concave particles by numerical methods is not accurate enough. There are correlations of particle shape with pore structure, natural angle of repose, limited void ratio and particle size. The permeability coefficient of the aggregate is largely controlled by the shape characteristics of the particles under the same gradation and porosity. Due to the difference in interparticle locking and the number of contact points, the particle shape in uniform particle size affects the small strain strength, peak strength, residual strength of the aggregate and the dilatancy. Finally, the problems in particle shape research are discussed and future research directions are proposed.

Key words: state-of-the-art review, particle shape, shape parameters, numerical simulation, laboratory tests, mechanical properties

中图分类号:

TU 411.1

马成昊, 朱长歧, 刘海峰, 崔翔, 王天民, 姜开放, 易明星, . 土的颗粒形貌研究现状及展望[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2041-2058.

MA Cheng-hao, ZHU Chang-qi, LIU Hai-feng, CUI Xiang, WANG Tian-min, JIANG Kai-fang, YI Ming-xing, . State-of-the-art review of research on the particle shape of soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 2021, 42(8): 2041-2058.

参考文献

相关文章 15

[1]	姬胜戈, 王宝仲, 杨秀娟, 樊恒辉. 木质素磺酸钙改性分散性土的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2405-2415.
[2]	崔溦, 王利新, 江志安, 王超, 王枭华, 张社荣, . 基于修正立方定律的岩体粗糙裂隙网络注浆过程模拟研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2250-2258.
[3]	朱淳, 何满潮, 张晓虎, 陶志刚, 尹乾, 李利峰, . 恒阻大变形锚杆非线性力学模型及恒阻行为影响参数分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1911-1924.
[4]	彭守建, 王瑞芳, 许江, 甘青青, 蔡果良, . 二次炭化温度对热压型煤力学性质及微观结构影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1221-1229.
[5]	王兆耀, 刘红军, 杨奇, 赵真, 胡瑞庚, . 波流作用下大直径单桩的局部冲刷特征分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1178-1185.
[6]	陈猛, 崔秀文, 颜鑫, 王浩, 王二磊. 岩石−钢纤维混凝土复合层抗压强度预测模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 638-646.
[7]	石峰, 卢坤林, 尹志凯. 平移模式下刚性挡土墙三维被动滑裂面的确定与土压力计算方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 735-745.
[8]	李红星, 冯世进, 何邵华, 张晓磊, 孙达明, . 砂土场地光热发电新型高强预应力混凝土短桩基础受力特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3217-3226.
[9]	王东坡, 何启维, 刘彦辉, 温继伟, 李伟, . 滚石冲击改进型开口帘式网耗能机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3356-3365.
[10]	梅锦玲, 曹洪, 骆冠勇, 潘泓, . 准三维有限元模型在多层地基区域渗流中的扩展与适宜性分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3428-3439.
[11]	郭金刚, 李耀晖, 何富连, 陈见行, 赵光明, 张俊文, . 基于残余剪切强度的全长黏结锚杆拉拔模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 2953-2960.
[12]	金爱兵, 陈帅军, 赵安宇, 孙浩, 张玉帅, . 基于无人机摄影测量的露天矿边坡数值模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 255-264.
[13]	李军, 翟文宝, 陈朝伟, 柳贡慧, 周英操, . 基于零厚度内聚力单元的水力裂缝随机扩展方法研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 265-279.
[14]	孟庆彬, 王杰, 韩立军, 孙稳, 乔卫国, 王刚, . 极弱胶结岩石物理力学特性及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 19-29.
[15]	孟敏强, 王磊, 蒋翔, 汪成贵, 刘汉龙, 肖杨, . 基于尺寸效应的粗粒土单颗粒破碎试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2953-2962.

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