岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (8): 2298-2310.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1475

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基于多参数拟合的EDEM岩石建模方法

申浩翰,张海,范俊锴,徐瑞阳,张小明   

  1. 河南理工大学 机械与动力工程学院,河南 焦作 454002
  • 收稿日期:2020-09-30 修回日期:2021-04-08 出版日期:2021-08-11 发布日期:2021-08-16
  • 作者简介:申浩翰,男,1996年生,硕士研究生,主要从事岩石冲击破碎方面的研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51975189)。

A rock modeling method of multi-parameters fitting in EDEM

SHEN Hao-han, ZHANG Hai, FAN Jun-kai, XU Rui-yang, ZHANG Xiao-ming   

  1. School of Mechanical and Power Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454002, China
  • Received:2020-09-30 Revised:2021-04-08 Online:2021-08-11 Published:2021-08-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51975189).

摘要: 以EDEM软件的Hertz-Mindlin with bonding(HMB)接触模型为基础,对岩石离散元模型构建方法进行了研究。首先,确保HMB岩石模型的黏结键全部为弱键,即黏结键抗拉强度小于其法向极限应力,然后通过仿真试验,分别建立了岩石模型的弹性模量E、泊松比 和抗拉强度 与颗粒和黏结键参数之间的3个回归关系式。根据上述3个回归关系式,构建了用HMB模型拟合真实岩石E、 、 的数学模型。对HMB岩石模型的抗压强度 ,当黏结键的极限应力比(法向极限应力 /切向极限应力 ) 在1~2范围内时, 受到 、 以及二者比值 的共同影响,特别是 在1.5附近时,单轴压缩仿真试验的破坏形式与试验结果吻合的较好,且 一定时, 与 呈线性关系。综合上述成果,提出了一种拟合真实岩石试样的弹性模量E、泊松比 、抗拉强度 、抗压强度 以及岩石试样破坏形式的HMB岩石模型构建方法,并给出了详细拟合步骤。最后通过实例验证了按照此方法构建的砂岩和花岗岩模型既能够拟合岩石的静态力学特性,也可用于分析岩石的动态力学特性。

关键词: 岩石, 多参数, 拟合, 建模方法

Abstract: Based on the Hertz-Mindlin with bonding (HMB) contact model in EDEM, the modeling method of the rock discrete element model was investigated. First of all, all of the bonds in HMB rock model must be “weak bond”, i.e., the tensile strength of the bond is less than its critical normal stress. Then, the regression relationships between the elastic modulus , Poisson’s ratio , tensile strength of rock model and the particle and bond parameters were established, respectively. According to the three regression relationships, a mathematical model that can fit the real-rock’s E, , and through the HMB model was proposed. For the compressive strength of rock, when the critical stress ratio ( = / , is critical normal stress, and is critical tangential stress) ranges from 1 to 2, is influenced by , and the ratio of critical normal to tangential stress. Especially, when the is closed to 1.5, the failure mode of the rock model presents a better agreement with the experiment result. In addition, when the is constant, a linear relationship between the and can be clearly observed. In conclusion, a HMB model based modeling method that can fit the elastic modulus, Poisson’s ratio, tensile strength, compressive strength and the failure form of rock sample was proposed, and the detail steps were also given. Finally, an example was conducted to verify the proposed modeling method. The results showed that the rock models established through the proposed method can fit both the static and dynamic mechanical properties of rock.

Key words: rock, multi-parameters, fitting, modeling

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