›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (11): 3269-3280.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

多块体形状堆石体碾压颗粒破碎数值模拟

刘 洋1, 2,李晓柱3,吴顺川1, 2   

  1. 1.北京科技大学 土木系,北京 100083;2.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; 3.中冶集团武汉勘察研究院有限公司,武汉 430080
  • 收稿日期:2013-07-28 出版日期:2014-11-11 发布日期:2014-12-10
  • 作者简介:刘洋,男,1979年生,博士,副教授,主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51178044);新世纪优秀人才资助(No. NCET-11-0579);中央高校基本科研业务费资助(No. FRF-TP-12-001B)。

Numerical simulation of particle crushing for rockfill of different particles shape under rolling compaction

LIU Yang1, 2, LI Xiao-zhu3, WU Shun-chuan1, 2   

  1. 1. Department of Civil Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2. State Key Laboratory of High Efficient Mining and Safety of Metal Mines of Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3. Wuhan Surveying-Geotechnical Research Institute Co., Ltd., of MCC, Wuhan 430080, China
  • Received:2013-07-28 Online:2014-11-11 Published:2014-12-10

摘要: 通过6种典型堆石块体的形状近似,分别采用两种接触本构模型建立了多块体形状堆石体离散元数值模型,研究堆石体在碾压荷载作用下的颗粒破碎过程,建立颗粒破碎的量化计算方法,分析碾压前、后堆石级配曲线的变化,讨论接触本构模型和颗粒形状对块体破碎的影响。模拟结果显示,碾压荷载下堆石颗粒以张拉破碎为主,随着碾压遍数的增加,局部开始出现剪切破碎;提出的颗粒破碎量化计算方法,在大粒径范围对粒径变化幅度预测偏大,但级配曲线整体趋势与实测结果比较吻合;相比较于接触连接模型,平行连接模型与现场碾压试验结果更接近。6种块体形状的数值结果显示,随着形状系数的增加,在其他条件不变的情况下颗粒破碎率逐渐降低,其中类长方形块体在碾压荷载作用下颗粒破碎最明显。相比较于纯圆颗粒或者单一非圆颗粒,采用的6种颗粒形状建立的堆石体振动碾压离散元模型,更接近现场实际情况。

关键词: 堆石体, 颗粒破碎, 颗粒形状, 接触本构

Abstract: Six typical shapes of rockfill were selected and simulated by clusters of round particles. Two kinds of contact constitutive models were adopted to establish multi-shape numerical model of rockfill. The process of particles crushing under vibration compaction was simulated and the mechanism of crushing was discussed. A quantitative calculation method of crushing was proposed, which can be used to analyze the variation of grain size distribution curve before and after particle crushing. The effect of different contact constitutive models on the numerical results was also discussed in detail. The numerical results indicate that the tensile cracking is dominated and the shear failure zone appears only after several numbers of vibration rolling compaction. Although the crushing ratio calculated from the proposed quantitative calculation method results is higher than the test data for the large particles; the grain size distribution curve predicted from the numerical method has a good agreement with the test results on the whole. The predicted results from the numerical models of parallel-bounded law are more rational than that from the contact bounded model. The numerical results from the 6 shapes models indicate that the crushing ratio decreases with the increasing of shape coefficients. The rectangular particles are more fragile than other shapes. These study results of different particle shapes indicate the numerical model consists of 6 different shapes are more rational than pure round particles or single non-round particles.

Key words: rockfill, particle crushing, particle shape, contact constitutive model

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 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.
[2] 李小刚, 朱长歧, 崔翔, 张珀瑜, 王睿, . 含碳酸盐混合砂的三轴剪切试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 123-131.
[3] 张凌凯, 王睿, 张建民, 唐新军, . 考虑颗粒破碎效应的堆石料静动力本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2547-2554.
[4] 彭宇, 丁选明, 肖杨, 楚剑, 邓玮婷, . 基于染色标定与图像颗粒分割的 钙质砂颗粒破碎特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2663-2672.
[5] 孔宪京, 宁凡伟, 刘京茂, 邹德高, 周晨光, . 应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎的影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2059-2065.
[6] 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.
[7] 丁建源, 陈晓斌, 张家生, 刘怡吟, 肖源杰, . 基于对数几率回归模型的粗颗粒土颗粒 破碎过程演化研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1465-1473.
[8] 郭万里, 朱俊高, 钱 彬, 张 丹, . 粗粒土的颗粒破碎演化模型及其试验验证[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1023-1029.
[9] 张成功, 尹振宇, 吴则祥, 金银富, . 颗粒形状对粒状材料圆柱塌落影响的 三维离散元模拟 [J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1197-1203.
[10] 张小燕, 蔡燕燕, 周浩燃, 杨 洋, 李玉龙, . 珊瑚砂大剪切应变下的剪切特性和分形维数[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 610-615.
[11] 郭万里, 蔡正银, 武颖利, 黄英豪. 粗粒土的颗粒破碎耗能及剪胀方程研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4703-4710.
[12] 李 杨, 佘成学, 朱焕春, . 现场堆石体振动碾压的颗粒流模拟及验证[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 432-442.
[13] 纪文栋,张宇亭,王 洋,裴文斌, . 循环单剪下珊瑚钙质砂和普通硅质砂剪切特性对比研究[J]. , 2018, 39(S1): 282-288.
[14] 王新志,翁贻令,王 星,陈伟俊, . 钙质土颗粒咬合作用机制[J]. , 2018, 39(9): 3113-3120.
[15] 金宗川. 钙质砂的休止角研究与工程应用[J]. , 2018, 39(7): 2583-2590.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 王 刚,李术才,王明斌. 渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究[J]. , 2009, 30(9): 2843 -2849 .
[2] 刘玉成,曹树刚,刘延保. 可描述地表沉陷动态过程的时间函数模型探讨[J]. , 2010, 31(3): 925 -931 .
[3] 刘恩龙. 岩土破损力学:结构块破损机制与二元介质模型[J]. , 2010, 31(S1): 13 -22 .
[4] 介玉新,杨光华. 基于广义位势理论的弹塑性模型的修正方法[J]. , 2010, 31(S2): 38 -42 .
[5] 杨建民,郑 刚. 基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J]. , 2009, 30(1): 261 -264 .
[6] 周 华,王国进,傅少君,邹丽春,陈胜宏. 小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析[J]. , 2009, 30(4): 1175 -1180 .
[7] 叶 飞,朱合华,何 川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. , 2009, 30(5): 1307 -1312 .
[8] 罗 强 ,王忠涛 ,栾茂田 ,杨蕴明 ,陈培震. 非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨[J]. , 2011, 32(S1): 732 -0737 .
[9] 石 崇 ,徐卫亚 ,张 玉 ,李德亮 ,刘 和. 基于元胞自动机模型的堆积体动力学参数研究[J]. , 2011, 32(6): 1795 -1800 .
[10] 王云岗 ,章 光 ,胡 琦. 斜桩基础受力特性研究[J]. , 2011, 32(7): 2184 -2190 .