›› 2010, Vol. 31 ›› Issue (12): 3697-3703.

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

颗粒材料的微观临界状态理论模型

秦建敏1，张洪武2   

  1. 1.大连大学 土木工程技术研究与开发中心，辽宁 大连 116622； 2.大连理工大学 工业装备结构分析国家重点试验室，辽宁 大连 116024
  • 收稿日期:2009-12-01 出版日期:2010-12-10 发布日期:2010-12-21
  • 作者简介:秦建敏，女，1979年生，博士，讲师，主要从事计算力学与岩土力学等方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金（No.10802014, No.50679013, No.10772041）；长江学者和创新团队发展计划以及国家基础性发展规划项目(No. 2005CB321704)。

Microscopic theoretical model of critical state for granular materials

QIN Jian-min1, ZHANG Hong-wu2   

  1. 1. Research and Development Center of the Civil Engineering Technology, Dalian University, Dalian, Liaoning 116622, China; 2. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China
  • Received:2009-12-01 Online:2010-12-10 Published:2010-12-21

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3243

摘要：

存在临界状态是颗粒材料的一个重要特性。基于孔隙胞元的颗粒离散元方法对二维颗粒体进行双轴加载数值试验，在详细分析数值模拟结果的基础上，从微观几何组构的角度揭示了临界状态的存在机制。基于剪胀性原理，提出了以接触价键表征的微观临界状态理论模型，得到了接触价键与塑性剪切应变的关系表达式，理论模型的结果和二维离散元数值模拟得到的结果吻合较好。通过比较不同情况下数值结果和理论模型中的参数，得到以下结论：表征微观临界状态的参数（临界接触价键和达到临界状态所需要的塑性剪切应变）依赖于颗粒体的微观特性，如颗粒形状、表面摩擦性质、颗粒体的围压和初始孔隙比。

关键词: 颗粒材料, 微观临界状态, 接触价键, 微观变形力学机制, 孔隙胞元

Abstract:

Critical state is an important phenomenon exhibited in granular materials. Numerical simulations of two-dimensional particulate arrays are carried out using granular discrete element method based on void cells. The numerical simulation results are analyzed in detail to reveal the critical state from the viewpoint of microscopic geometric fabric. Based on the dilatancy of granular materials the micromechanical theoretical model of critical state in terms of valence is proposed. An implicit relationship between valence and plastic shear strain is obtained. The solution of the theoretical model confirms well with the numerical results. The important conclusion is drawn as follows: the parameters related to the microscopic theoretical model, including the critical valence and the plastic shear strain corresponding to critical state, are dependent on the microscopic properties such as the particle shape, surface friction, the consolidation stress and the initial void ratio of the granular assembly.

Key words: granular materials, microscopic critical state, valence, micromechanical deformation mechanism, void cell

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