›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (4): 1211-1215.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

基于颗粒流数值试验的岩土材料内尺度比研究

尹小涛1,郑亚娜2,马双科3   

  1. 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试验室,武汉 430071; 2. 西安长庆科技工程有限责任公司 建筑设计部,西安 710021;3. 西安公路研究院,西安 710054
  • 收稿日期:2010-09-16 出版日期:2011-04-10 发布日期:2011-04-29
  • 作者简介:尹小涛,男,1975年生,博士,主要从事岩土细观力学实验和数值模拟工作
  • 基金资助:

    冻土工程国家重点实验室开放课题资助(No. SKLFSE200602);中国科学院知识创新工程重要方向项目(No. kzcx2-yw-151)

Study of inner scale ratio of rock and soil material based on numerical tests of particle flow code

YIN Xiao-tao1,ZHENG Ya-na2,MA Shuang-ke3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. Architecture Design Department, Xi'an Changqing Technology Engineering Co., Ltd., Xi’an 710021, China; 3. Xi’an Research Institute of Highway, Xi?an 710054, China
  • Received:2010-09-16 Online:2011-04-10 Published:2011-04-29

摘要:

内尺度比是材料的最小结构和材料尺寸的比。在细观条件下,岩土材料可以看成是由不同尺度矿物颗粒组成的颗粒集聚体,含有不同尺度的天然缺陷。这些带有尺度特点的材料结构、构造特征无疑会影响岩土材料性质测试的结果和准确性,即岩土材料具有和金属材料一样的内尺度比。利用颗粒流软件fish语言编写程序虚拟实现了岩土材料单轴压缩试验,设计了0.05、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40、1.60、1.80、2.00 mm等12种粒径数值试件,分别进行了单轴压缩试验。根据试件的破坏形态、应力-应变曲线,分析了内尺度比对测试结果的影响,发现:粒径小于0.40 mm之后,计算时间急剧增加,计算效率急剧减小;内尺度比小于0.01之后,材料的数值试验结果趋于稳定。这说明岩土材料也存在内尺度比,岩土体的物理力学参数的尺寸效应问题就是材料内尺度问题的一种表现形式。

关键词: 岩土材料, 内尺度比, 尺寸效应, 颗粒流程序

Abstract:

Inner scale ratio is a ratio between minimum crystal structure of material and its specimen size. Rock and soil material, being a type of different sizes mineral particles assembler under microscopic conditions, contains different scale raw faults. These size features of material structure will affect accuracy of rock and soil material characteristics test results. That is to say there exists inner scale ratio in rock and soil materials like that of metal material. So virtual uniaxial compression test done by inner embedded fish language of particle flow code is used to study inner scale ratio of geotechnical material. Twelve numerical specimens with twelve types of grain size such as 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 and 2.0 mm are designed and tested. According to failure shape and stress-strain curve of these specimens, effect of inner scale ratio on test results is analyzed. It is found that the computing time increases dramatically and computing efficiency decreases sharply if grain size less than 0.4 mm; and that test results tend to stability and accuracy if inner scale ratio less than 0.01, so as to prove existence of inner scale ratio in rock and soil material. Size effect in geotechnical material is reflection of inner scale ratio.

Key words: rock and soil material, inner scale ratio, size effect, particle flow code

中图分类号: 

  • TU 457
[1] 周梦佳, 温彦锋, 邓刚, 王蕴嘉, 宋二祥, . 堆石料单颗粒劈裂试验破碎强度随机性与 尺寸效应的三维离散元模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 503-510.
[2] 伍天华, 周 喻, 王 莉, 孙金海, 赵 欢, 孙 铮, . 单轴压缩条件下岩石孔-隙相互作用机制细观研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 463-472.
[3] 高桂云,王成虎,王春权,. 双圆环直接拉伸试验试样最优尺寸范围研究[J]. , 2018, 39(S1): 191-202.
[4] 李 杨,佘成学. 堆石料单粒强度尺寸效应的颗粒流模拟方法研究[J]. , 2018, 39(8): 2951-2959.
[5] 宿 辉, 杨家琦, 胡宝文, 高 轩, 马 辉, . 颗粒离散元岩石模型的颗粒尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4642-4651.
[6] 李露露,高永涛,周 喻,金爱兵. 单轴压缩条件下含三叉裂隙类岩石试样力学特性的细观研究[J]. , 2018, 39(10): 3668-3676.
[7] 薛 晨,符文熹,何思明,. 组装式变尺寸直剪仪的研制[J]. , 2018, 39(10): 3907-3914.
[8] 周海娟,马 刚,袁 葳,周 伟,常晓林, . 堆石颗粒压缩破碎强度的尺寸效应[J]. , 2017, 38(8): 2425-2433.
[9] 张玉成,杨光华,胡海英,刘翔宇,骆以道,姜 燕, . 载荷试验尺寸效应及地基承载力确定方法探讨[J]. , 2016, 37(S2): 263-272.
[10] 王洪新. 基坑的尺寸效应及考虑开挖宽度的抗隆起稳定安全系数计算方法[J]. , 2016, 37(S2): 433-441.
[11] 王青元 ,朱万成 ,刘洪磊 ,牛雷雷 ,李如飞 , . 单轴压缩下绿砂岩长期强度的尺寸效应研究[J]. , 2016, 37(4): 981-990.
[12] 梁昌玉,李 晓,吴树仁,. 中低应变率加载条件下花岗岩尺寸效应的能量特征研究[J]. , 2016, 37(12): 3472-3480.
[13] 马 刚 ,常晓林 ,刘嘉英 ,周 伟 , . 颗粒物质在等比例应变加载下的分散性失稳模式[J]. , 2015, 36(S1): 181-186.
[14] 张国凯,李海波,夏 祥,李俊如,于 崇,刘景森. 岩石单轴压缩下能量与损伤演化规律研究[J]. , 2015, 36(S1): 94-100.
[15] 尹延春 ,赵同彬,谭云亮 ,于凤海 , . 基于Otsu图像处理的岩石细观模型重构及数值试验[J]. , 2015, 36(9): 2532-2540.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 任 松,姜德义,杨春和,藤宏伟. 共和隧道开裂段页岩蠕变本构试验及离散元数值模拟研究[J]. , 2010, 31(2): 416 -421 .
[2] 马文涛. 基于灰色最小二乘支持向量机的边坡位移预测[J]. , 2010, 31(5): 1670 -1674 .
[3] 高志华,赖远明,熊二刚,李 波. 循环荷载作用下高温-高含冰量冻土特性试验研究[J]. , 2010, 31(6): 1744 -1751 .
[4] 于琳琳,徐学燕,邱明国,闫自利,李鹏飞. 冻融作用对饱和粉质黏土抗剪性能的影响[J]. , 2010, 31(8): 2448 -2452 .
[5] 沈银斌,朱大勇,汪鹏程,姚华彦. 基于数值应力场的边坡临界滑动场[J]. , 2010, 31(S1): 419 -423 .
[6] 王协群,张有祥,邹维列,熊海帆. 降雨入渗条件下非饱和路堤变形与边坡的稳定数值模拟[J]. , 2010, 31(11): 3640 -3644 .
[7] 王 伟,刘必灯,周正华,王玉石,赵纪生. 刚度和阻尼频率相关的等效线性化方法[J]. , 2010, 31(12): 3928 -3933 .
[8] 王海波,徐 明,宋二祥. 基于硬化土模型的小应变本构模型研究[J]. , 2011, 32(1): 39 -43 .
[9] 刘华丽 ,朱大勇 ,钱七虎 ,李宏伟. 边坡三维端部效应分析[J]. , 2011, 32(6): 1905 -1909 .
[10] 路 威,项彦勇,唐 超. 填砂裂隙岩体渗流传热模型试验与数值模拟[J]. , 2011, 32(11): 3448 -3454 .