岩土力学 2017, 38(8) 2425-2433 DOI:     ISSN: 1000-7598 CN: 42-1199/O3

本期目录 | 下期目录 | 过刊浏览 | 高级检索                                                            [打印本页]   [关闭]
数值分析
扩展功能
本文信息
Supporting info
PDF(705KB)
[HTML全文]
参考文献[PDF]
参考文献
服务与反馈
把本文推荐给朋友
加入我的书架
加入引用管理器
引用本文
Email Alert
文章反馈
浏览反馈信息
本文关键词相关文章
堆石颗粒
颗粒破碎
破碎强度
Weibull统计分析
尺寸效应
本文作者相关文章
PubMed
堆石颗粒压缩破碎强度的尺寸效应
周海娟1, 2,马 刚1, 2,袁 葳1, 2,周 伟1, 2,常晓林1, 2
1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;2. 武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072
摘要: 目前在颗粒材料的尺寸效应研究中,极少考虑颗粒的复杂形状和内部结构非均匀性。采用随机散粒体不连续变形分析方法(SGDD),引入无厚度界面单元和凝聚力模型模拟颗粒破碎,对5组不同粒径的堆石颗粒进行单颗粒压缩试验的数值模拟,分析了颗粒内界面单元强度对颗粒破碎的影响,并采用Weibull分布模型分析颗粒破碎强度的尺寸效应。通过与室内单颗粒压缩试验对比,试验的数值模拟能真实地再现单颗粒压缩下的破碎过程,不同颗粒的压缩曲线规律相似,达到峰值荷载前,承载力曲线急剧上升,随后颗粒发生致命破碎,承载能力骤降。不同粒径组的单颗粒破碎强度均服从Weibull分布,平均Weibull模数为2.48。不同粒径组的颗粒特征强度存在明显的尺寸效应,特征强度随着颗粒尺寸的增大而减小,与颗粒尺寸呈幂指数关系,但小于Weibull模型的预测值。
关键词 堆石颗粒   颗粒破碎   破碎强度   Weibull统计分析   尺寸效应  
Size effect on the crushing strengths of rock particles
ZHOU Hai-juan1, 2, MA Gang1, 2, YUAN Weir1, 2, ZHOU Wei1, 2, CHANG Xiao-lin1, 2
1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China
Abstract: Currently many researchers studied size effect on the crushing strengths of rock particles, but they rarely considered the complex shapes and internal structures of heterogeneity. By the stochastic granular discontinuous deformation method (SGDD), numerical was employed to simulate the single particle compression tests for rock particles with five different sizes. Particle crushing is simulated by introducing zero-thickness interface element and cohesive zone in SGDD model. Then we studied the influence of interface strength on particle crushing, and analysed size effect on the crushing strengths of rock particles using Weibull model. Comparing with single grain compression test indoor, the SGDD method makes the crushing process of single particle compression very realistic. Every compressive curve shows the same trend, that is, the curves increase sharply before reaching the peak force and followed by a sharp drop at fatal breakage. The peak stress is the strength of particle crushing. Crushing strengths in every group of particles satisfy the Weibull distribution well with an average Weibull modulus of 2.48. In addition, the crushing strengths among different groups of particles shows that the characteristic strengths decrease with the increase of particle size. The characteristic strengths and particle sizes obey a power law with an exponent of -0.163, less than the prediction of Weibull model.
Keywords: rock particle   particle crushing   crushing strength   Weibull statistical analysis   size effect  
收稿日期 2015-09-24 修回日期  网络版发布日期  
DOI:
基金项目:

中国博士后科学基金面上资助(No. 2016T907272);中央高校基本科研业务费专项资金。

通讯作者: 马刚,男,1985年生,副教授,主要从事高坝结构数值仿真方面的研究工作。E-mail:magang630@whu.edu.cn
作者简介: 周海娟,女,1989年生,硕士研究生,主要从事高坝结构数值仿真方面的研究工作。
作者Email: zhouhaijuan122@163.com

参考文献:
本刊中的类似文章
1.殷志祥,高 哲,张建成,孙逸飞,冯 瑶,何慧荣,.考虑颗粒破碎引起级配演变的道砟边界面本构模型[J]. 岩土力学, 2017,38(9): 2669-2675
2.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]. 岩土力学, 2017,38(7): 2119-2127
3.罗 滔,E. T. Ooi,A. H. C Chan,傅少君,.一种模拟堆石料颗粒破碎的离散元-比例边界有限元结合法[J]. 岩土力学, 2017,38(5): 1463-1471
4.段淑倩,冯夏庭,江 权,徐鼎平,徐 鸿,.不同先期固结压力下的错动带力学特性研究[J]. 岩土力学, 2017,38(1): 49-60
5.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]. 岩土力学, 2016,37(S2): 263-272
6.王新志 ,王 星 ,翁贻令 ,吕士展 ,阎 钶 ,朱长歧,.钙质砂的干密度特征及其试验方法研究[J]. 岩土力学, 2016,37(S2): 316-323
7.张季如,胡 超,申泽辉,张程锋,廖传飞,李 璋.建筑废渣-黏土混合料压实特性试验研究[J]. 岩土力学, 2016,37(S2): 349-355
8.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]. 岩土力学, 2016,37(S2): 433-441
9.付 茹,李小青,Matthew Richard Coop,.花岗岩风化土与废弃轮胎混合物力学特性研究[J]. 岩土力学, 2016,37(9): 2593-2598
10.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]. 岩土力学, 2016,37(4): 981-990
11.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]. 岩土力学, 2016,37(12): 3472-3480
12.明华军 ,孙开畅 ,徐小峰 ,史存鹏,.考虑颗粒破碎对特征孔隙比影响的堆石体亚塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2016,37(1): 33-40
13.李 希 ,张 升 ,童晨曦 ,盛岱超 ,李 鹏,.基于线性拟合的颗粒材料破碎状态表征[J]. 岩土力学, 2015,36(S1): 305-309
14.王占军 ,陈生水 ,傅中志,.堆石料的剪胀特性与广义塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2015,36(7): 1931-1938
15.万 勇 ,薛 强 ,赵立业 ,杜延军 ,刘 磊,.干湿循环对填埋场压实黏土盖层渗透系数影响研究[J]. 岩土力学, 2015,36(3): 679-686
16.罗战友 ,杜时贵 ,黄 曼,.岩石结构面粗糙度系数尺寸效应的推拉试验研究[J]. 岩土力学, 2015,36(12): 3380-3386
17.王晓明 ,郑银河,.裂隙岩体表征单元体及尺寸效应研究进展[J]. 岩土力学, 2015,36(12): 3456-3464
18.杨 贵 ,许建宝 ,刘昆林 , .粗粒料颗粒破碎数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2015,36(11): 3301-3306
19.秦尚林 ,杨兰强 ,高 惠 ,陈善雄,.不同应力路径下绢云母片岩粗粒料声发射特征[J]. 岩土力学, 2015,36(1): 89-96
20.张家铭,邵晓泉,王霄龙,胡舫瑞,左鸿鹏.沉桩过程中钙质砂颗粒破碎特性模拟研究[J]. 岩土力学, 2015,36(1): 272-278
21.秦 月,姚 婷,汪 稔,朱长歧,孟庆山.基于颗粒破碎的钙质沉积物高压固结变形分析[J]. 岩土力学, 2014,35(11): 3123-3128
22.刘 洋 ,李晓柱 ,吴顺川 , .多块体形状堆石体碾压颗粒破碎数值模拟[J]. 岩土力学, 2014,35(11): 3269-3280
23.汪进超,王川婴.珊瑚礁岩体完整性评价方法[J]. 岩土力学, 2014,35(10): 2934-2940
24.孔宪京 ,刘京茂 ,邹德高 ,付 猛,.紫坪铺面板坝堆石料颗粒破碎试验研究[J]. 岩土力学, 2014,35(1): 35-40
25.周 成 ,陈生水 ,何建村 ,何 宁 ,吴 艳 ,张桂荣 .考虑土石料颗粒破碎和密度变化的次塑性本构模型建模方法[J]. 岩土力学, 2013,34(S2): 18-21
26.余 村 ,楚锡华 ,唐洪祥 ,徐远杰 .基于Cosserat连续体的颗粒破碎影响研究[J]. 岩土力学, 2013,34(S1): 67-72
27.杜 俊,侯克鹏,梁 维,彭国诚.粗粒土压实特性及颗粒破碎分形特征试验研究[J]. 岩土力学, 2013,34(S1): 155-161
28.刘建友 ,赵 勇 ,李鹏飞 .隧道围岩变形的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2013,34(8): 2165-2173
29.谈云志 ,郑 爱 ,吴 翩 ,付 伟 .红黏土承载比的土团尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2013,34(5): 1242-1246
30.黄俊宇 ,徐松林 ,王道荣 ,胡时胜 .脆性颗粒材料的动态多尺度模型研究[J]. 岩土力学, 2013,34(4): 922-932
31.赵 阳 ,周 辉 ,冯夏庭 ,崔玉军 ,江 权 ,.高压力下原状层间错动带三轴不排水剪切特性及其影响因素分析[J]. 岩土力学, 2013,34(2): 365-371
32.赵 阳 ,周 辉 ,冯夏庭 ,邵建富 ,江 权 ,.不同因素影响下层间错动带颗粒破碎和剪切强度特性试验研究[J]. 岩土力学, 2013,34(1): 13-22
33.李光耀 ,赵克烈 ,鲁祖德 .不同围岩强度下大直径嵌岩钻孔灌注桩 承载力尺寸效应的数值模拟 [J]. 岩土力学, 2012,33(S2): 384-388
34.朱国胜 ,张家发 ,陈劲松 ,胡智京 .宽级配粗粒土渗透试验尺寸效应及边壁效应研究[J]. 岩土力学, 2012,33(9): 2569-2574
35.龚成中 ,何春林 ,龚维明 ,戴国亮 .基于自平衡试桩法大直径嵌岩桩尺寸效应分析[J]. 岩土力学, 2012,33(8): 2403-2407
36.刘恩龙 ,陈生水 ,李国英 ,米占宽 ,韩华强 .循环荷载作用下考虑颗粒破碎的堆石体本构模型[J]. 岩土力学, 2012,33(7): 1972-1978
37.刘海明 ,杨春和 ,张 超 ,冒海军 ,曹 净 .高压下尾矿材料幂函数型摩尔强度特性研究[J]. 岩土力学, 2012,33(7): 1986-1992
38.安玉华 ,王 清 .基于三维裂隙网络的裂隙岩体表征单元体研究[J]. 岩土力学, 2012,33(12): 3775-3780
39.赵 阳 ,周 辉 ,冯夏庭 ,邵建富 ,江 权 ,.高压力下层间错动带残余强度特性和颗粒破碎试验研究[J]. 岩土力学, 2012,33(11): 3299-3305
40.刘恩龙 ,陈生水 ,李国英 ,钟启明 .堆石料的临界状态与考虑颗粒破碎的本构模型[J]. 岩土力学, 2011,32(S2): 148-154
41.胡 伟 ,尹振宇 ,DANO Christophe ,HICHER Pierre-yves.易破碎粒状材料本构研究[J]. 岩土力学, 2011,32(S2): 159-165
42.杨建平 ,陈卫忠 ,戴永浩.裂隙岩体变形模量尺寸效应研究Ⅱ:解析法[J]. 岩土力学, 2011,32(6): 1607-1612
43.杨建平,陈卫忠,戴永浩.裂隙岩体变形模量尺寸效应研究Ⅰ:有限元法[J]. 岩土力学, 2011,32(5): 1538-1545
44.尹小涛,郑亚娜,马双科.基于颗粒流数值试验的岩土材料内尺度比研究[J]. 岩土力学, 2011,32(4): 1211-1215
45.秦尚林,陈善雄,韩 卓,许锡昌.巨粒土大型三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2010,31(S2): 189-192
46.周 杰,周国庆,赵光思,徐宾宾,李晓俊.高应力下剪切速率对砂土抗剪强度影响研究[J]. 岩土力学, 2010,31(9): 2805-2810
47.张占荣,盛 谦,杨艳霜,朱泽奇,张玉敏,王照伟.基于现场试验的岩体变形模量尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2010,31(9): 2875-2881
48.申存科,迟世春,贾宇峰.考虑颗粒破碎影响的粗粒土本构关系[J]. 岩土力学, 2010,31(7): 2111-2115
49.贾宇峰,迟世春,林 皋.考虑颗粒破碎的粗粒土剪胀性统一本构模型[J]. 岩土力学, 2010,31(5): 1381-1388
50.江 浩,汪 稔,吕颖慧,孟庆山.钙质砂中模型桩的试验研究[J]. 岩土力学, 2010,31(3): 780-784
51.王者超,李术才.高应力下颗粒材料一维力学特性研究(II):蠕变性质[J]. 岩土力学, 2010,31(11): 3392-3396
52.王者超,李术才.高应力下颗粒材料一维力学特性研究(I):压缩性质[J]. 岩土力学, 2010,31(10): 3051-3057
53.党发宁 ,梁昕宇 ,田 威 ,陈厚群.混凝土随机骨料模型尺寸效应的细观数值分析[J]. 岩土力学, 2009,30(S2): 518-523
54.刘海涛,程晓辉.粗粒土尺寸效应的离散元分析[J]. 岩土力学, 2009,30(S1): 287-292
55.贾宇峰,迟世春,杨 峻,林 皋.粗粒土的破碎耗能计算及影响因素[J]. 岩土力学, 2009,30(7): 1960-1966
56.张家铭,蒋国盛,汪 稔.颗粒破碎及剪胀对钙质砂抗剪强度影响研究[J]. 岩土力学, 2009,30(7): 2043-2048
57.胡 波,赵海滨,王思敬,刘海宁,彭运动,刘晓丽,张晓平.隧道锚围岩拉拔模型试验研究及数值模拟[J]. 岩土力学, 2009,30(6): 1575-1582
58.高玉峰,张 兵,刘 伟,艾艳梅.堆石料颗粒破碎特征的大型三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2009,30(5): 1237-1240
59.殷黎明,杨春和,王贵宾,梅 涛.甘肃北山花岗岩节理表面形态特性研究[J]. 岩土力学, 2009,30(4): 1046-1050
60.张 兵,高玉峰,刘 伟,艾艳梅.坝体填筑料压缩特性及影响因素分析[J]. 岩土力学, 2009,30(3): 741-745
61.王光进,杨春和,张 超,冒海军,王 伟.粗粒含量对散体岩土颗粒破碎及强度特性试验研究[J]. 岩土力学, 2009,30(12): 3649-3654
62.贾宇峰,迟世春,林 皋.考虑颗粒破碎影响的粗粒土本构模型[J]. 岩土力学, 2009,30(11): 3261-3266
63.刘 君,刘福海,孔宪京.考虑破碎的堆石料颗粒流数值模拟[J]. 岩土力学, 2008,29(S1): 107-112
64.李 翀,何昌荣,王 琛,赵红芬.粗粒料大型三轴试验的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2008,29(S1): 563-566
65.张家铭 ,张 凌 ,蒋国盛 ,汪 稔 .剪切作用下钙质砂颗粒破碎试验研究[J]. 岩土力学, 2008,29(10): 2789-2793
66.张建新,吴东云,张淑朝.嵌岩桩尺寸效应的有限元分析[J]. 岩土力学, 2007,28(6): 1221-1224
67.段进超 ,唐春安 ,常 旭 .脆性基多孔材料孔洞的尺寸效应及其破坏模式研究[J]. 岩土力学, 2007,28(3): 631-634
68.沈 婷,李国英,陈生水.颗粒破碎效应对堆石坝应力变形的影响[J]. 岩土力学, 2006,27(S2): 469-474
69.李国英,傅 华,米占宽.堆石料颗粒破碎特性试验研究[J]. 岩土力学, 2006,27(S2): 575-578
70.王学滨.单轴拉伸岩样破坏过程及尺寸效应数值模拟[J]. 岩土力学, 2005,26(S2): 189-195
71.周建民,金丰年,王 斌,赵佩胜.洞室跨度对围岩分类影响探讨[J]. 岩土力学, 2005,26(S1): 303-305
72.刘汉龙,秦红玉,高玉峰,周云东.堆石粗粒料颗粒破碎试验研究[J]. 岩土力学, 2005,26(4): 562-566
73.朱珍德,邢福东,王 军,张爱军.基于灰色理论的脆性岩石抗压强度尺寸效应试验研究[J]. 岩土力学, 2004,25(8): 1234-1238
74.王学滨, 刘 杰,王 雷,潘一山.基于梯度塑性本构理论的岩样侧向变形分析(II): 尺寸效应及弹性回跳[J]. 岩土力学, 2004,25(7): 1127-1130
75.秦红玉 ,刘汉龙 ,高玉峰 ,戴鹏飞,.粗粒料强度和变形的大型三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2004,25(10): 1575-1580
76.孙吉主 ,汪 稔 .三轴压缩条件下钙质砂的颗粒破裂过程研究[J]. 岩土力学, 2003,24(5): 822-825
77.梁军; 刘汉龙; 高玉峰;.堆石蠕变机理分析与颗粒破碎特性研究[J]. 岩土力学, 2003,24(3): 479-483