›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (S1): 486-493.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

考虑转动阻抗的粗粒土离散元模拟

刘一鸣1,杨春和1,4,霍永胜2,刘 录3,徐玉龙1,杜 超4   

  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. 中国石油西气东输管道公司,江苏 常州 213251; 3. 中国石油天然气管道工程有限公司,河北 廊坊 065000; 4. 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044
  • 收稿日期:2013-01-18 出版日期:2013-08-30 发布日期:2014-06-09
  • 作者简介:刘一鸣,男,1984年生,博士研究生,主要从事粗粒土力学特性的研究工作。

Discrete element modeling of behaviors of coarse grained soils considering rolling resistance

LIU Yi-Ming1, YANG Chun-He1,4,HUO Yong-sheng2, LIU Lu3, XU Yu-long1, DU Chao4   

  1. 1.State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. Petro China West-to-East Gas Pipeline Company, Changzhou, Jiangsu 213251, China; 3. Petro China Pipeline Engineering Corporation, Langfang, Hebei 065000, China; 4. State Key Laboratory for Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China;
  • Received:2013-01-18 Online:2013-08-30 Published:2014-06-09

摘要: 转动阻抗被定义为作用颗粒接触上的一对对称力偶,用来抵抗颗粒之间的相互转动。将转动阻抗引入到离散元模拟中是对传统离散单元法的重要改进。开发出考虑颗粒转动阻抗的接触模型,并将其嵌入到PFC2D中,利用该模型进行粗粒土的双轴剪切数值模型试验,研究剪切过程中转动阻抗对粗粒土的宏细观力学性质的影响。结果显示,在宏观方面,颗粒转动阻抗对粗粒土的宏观力学行为(应力-应变及体应变-轴应变行为)有重要的影响,随着转动阻抗的增加,粗粒土的剪切强度和最大摩擦角随之增加,这与已有的研究结果一致,证明所建模型是可靠的;在微观方面,考察转动阻抗对粗粒土内部微观结构的影响发现,随着转动阻抗的增加,粗粒土的内部的接触数目减少,而粗粒土的剪切强度增加,表明转动阻抗能够提高粗粒土力链网络的稳定性,同时发现随着转动阻抗的增加,粗粒土的各向异性增加主要是强力链各向异性的增加,说明转动阻抗增强了强力链的传递力的能力以及抵抗力链屈曲破坏能力。数值模拟结果表明,增加颗粒转动阻抗,粗粒土出现组构与轴应变非共轴的现象。

关键词: 离散元法, 转动阻抗, 双轴剪切试验, 组构

Abstract: Rolling resistance is a force couple transferred between two contact particles, which is used for resistance particle mutual rotation. It is an important modification to introduce rolling resistance into discrete element method. In this paper a contact model considering rolling resistance is developed and installed into PFC2D. Using this model, a series numerical model of biaxial shear tests of course-grained soil are carried out to investigate the effects of rolling resistance on the macro- and meso- mechanical responses of particle assemble. The results show that: (1) In macro scope, the shear strength and volumetric response are increased with rolling resistance which is consistent with former researches, and this confirms the validation of the model used in this paper. (2) In meso-scope, the effects of rolling resistance on microstructure of coarse grained soils are investigated; the results show that contact numbers decrease with increasing of rolling resistance; while the shear strength are just to the contrary, that means rolling resistance enhances the stability of force chain network of coarse grained soils. The results show that the contribution of increasing anisotropy with increasing rolling resistance belongs to strong force chain. That confirms that rolling resistance improves the force transmitting ability and resistance of force chain buckling failure of strong force chain. And non-coaxial phenomenon is also observed in this study.

Key words: discrete element method, rolling resistance, biaxial shear test, fabric.

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[1] 尹晓萌, 晏鄂川, 王鲁男, 陈 利, . 各向异性片岩的微观组构信息定量 提取与断面形貌特征分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2617-2627.
[2] 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.
[3] 申海萌, 李 琦, 李霞颖, 马建力, . 川南龙马溪组页岩不同应力条件下脆性破坏特征室内实验与数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 254-262.
[4] 胡唯哲,谢凌志,岑望来,殷 实,罗云川,赵 鹏,. 基于细观试验和离散元法的盐岩力学特性[J]. , 2018, 39(6): 2073-2081.
[5] 刘 洋,李 爽. 散粒介质临界状态细观力学结构特征的数值模拟与分析[J]. , 2018, 39(6): 2237-248.
[6] 张科芬,张 升,滕继东,盛岱超, . 颗粒破碎的三维离散元模拟研究[J]. , 2017, 38(7): 2119-2127.
[7] 李学丰,何玉琪,刘金锋,何维刚,. 砂土正交组构幅值参量的定量分析[J]. , 2017, 38(12): 3619-3626.
[8] 由子沛,钱建固,黄茂松, . 等幅剪应变下砂土循环单剪行为的离散元模拟[J]. , 2017, 38(1): 263-271.
[9] 张 铎,刘 洋,吴顺川 , . 控制应力路径散体材料真三轴试验强度特征的离散元模拟与细观机制分析[J]. , 2016, 37(S1): 509-520.
[10] 吴 越,杨仲轩,徐长节,. 初始组构各向异性对砂土力学特性及临界状态的影响[J]. , 2016, 37(9): 2569-2576.
[11] 易 颖,周 伟,马 刚,杨利福,常晓林, . 基于精确缩尺的颗粒材料流变研究[J]. , 2016, 37(6): 1799-1808.
[12] 李 博,黄茂松,. 空心圆柱扭转仪定向剪切试验离散元模拟[J]. , 2016, 37(4): 1161-1170.
[13] 沈华章,郭明伟,王水林,葛修润. 基于离散元的边坡矢量和稳定分析方法研究[J]. , 2016, 37(2): 592-600.
[14] 严成增 ,郑 宏 ,孙冠华 ,葛修润,. 基于FDEM-Flow研究地应力对水力压裂的影响[J]. , 2016, 37(1): 237-246.
[15] 赵仕威,周小文,刘文辉,刘 攀. 考虑颗粒棱角影响的直剪试验的离散元模拟[J]. , 2015, 36(S1): 602-608.
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[1] 梅国雄,卢廷浩,陈 浩,李 治. 考虑初始应力的坑侧土体真三轴试验研究[J]. , 2010, 31(7): 2079 -2082 .
[2] 林 杭,曹 平,李江腾,江学良,何忠明. 基于Hoek-Brown准则的三维边坡变形稳定性分析[J]. , 2010, 31(11): 3656 -3660 .
[3] 李俊才,纪广强,宋桂华,张 琼,王志亮,严小敏. 高层建筑疏桩筏板基础现场实测与分析[J]. , 2009, 30(4): 1018 -1022 .
[4] 魏 宁,李小春,王 燕,谷志孟. 城市垃圾填埋场甲烷资源量与利用前景[J]. , 2009, 30(6): 1687 -1692 .
[5] 牛文杰,叶为民,刘绍刚,禹海涛. 考虑饱和-非饱和渗流的土坡极限分析[J]. , 2009, 30(8): 2477 -2482 .
[6] 尹宏磊,徐千军,李仲奎. 膨胀变形对膨胀土边坡稳定性的影响[J]. , 2009, 30(8): 2506 -2510 .
[7] 林达明,尚彦军,孙福军,孙元春,吴锋波,刘志强. 岩体强度估算方法研究及应用[J]. , 2011, 32(3): 837 -842 .
[8] 邓东平,李 亮,赵炼恒. 基于Janbu法的边坡整体稳定性滑动面搜索新方法[J]. , 2011, 32(3): 891 -898 .
[9] 吴 剑,冯少孔,李宏阶. 钻孔成像中结构面自动判读技术研究[J]. , 2011, 32(3): 951 -957 .
[10] 李建军,邵生俊,杨扶银,杨春鸣. 防渗墙粗粒土槽孔泥皮的抗渗性试验研究[J]. , 2012, 33(4): 1087 -1093 .