岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (S1): 13-24.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0365

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑相态的垮落体材料细观参数标定方法研究——以平行黏结模型为例

肖福坤1, 2，谢锴1, 3，顾缘1, 2，刘刚1, 2，郝传波1, 2   

  1. 1. 黑龙江科技大学 黑龙江省煤矿深部开采地压控制与瓦斯治理重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150022； 2. 黑龙江科技大学 矿业工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022；3. 黑龙江科技大学 安全工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022
  • 收稿日期:2023-03-24 接受日期:2023-06-01 出版日期:2024-09-18 发布日期:2024-09-18
  • 作者简介:肖福坤，男，1971年生，博士，教授，博士生导师，主要从事煤矿开采和瓦斯治理、岩石力学与工程等方面研究。 E-mail: xiaofukun@hotmail.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（No.52074110）。

Mesoscopic parameter calibration method for collapsed body considering phase states—using parallel bonding model as an illustration

XIAO Fu-kun1, 2, XIE Kai1, 3, GU Yuan1, 2, LIU Gang1, 2, HAO Chuan-bo1, 2   

  1. 1. Heilongjiang Ground Pressure and Gas Control in Deep Mining Key Laboratory, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin, Heilongjiang 150022, China; 2. School of Mining Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin, Heilongjiang 150022, China; 3. School of Safety Engineering, Heilongjiang University of Science & Technology, Harbin, Heilongjiang 150022, China
  • Received:2023-03-24 Accepted:2023-06-01 Online:2024-09-18 Published:2024-09-18
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52074110).

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摘要： 基于散体力学和散体的实验室常规试验，在考虑垮落体开挖过程中煤岩颗粒呈现的多相态特征的基础上，提出结合剪切试验和颗粒柱坍塌试验的宏细观参数关系标定试验和标定方法，以颗粒流程序（particle flow code，简称PFC）线性接触模型为例对标定试验中的各类宏细观参数关系进行了分析，并结合垮落体中救援通道开挖的相似模拟和数值模拟试验对标定方法进行了验证。结果表明：（1）剪切试验和颗粒柱坍塌试验能分别有效地反映垮落体结构在准静态流状态下的剪切破坏和垮落体在快速流状态下碰撞时的能量演变；（2）物理参数和力学参数中，摩擦系数和局部阻尼分别对处于准静态流的剪切试验和处于快速流的颗粒柱坍塌试验起主要影响作用，颗粒形态对两者的影响作用则相近且不能忽略；（3）在结合各细观参数对标定试验宏观参数的影响上，提出结合相态分析和权重分析，在确定各相态主导细观参数的基础上快速实现且满足各相态的细观参数标定；（4）采用剪切试验和颗粒柱坍塌试验标定的垮落体中救援通道开挖的数值模拟结果与相似模拟试验结果具有较高的一致性，验证了考虑相态的标定方法在垮落体研究上的可行性。

关键词: 参数标定, 散体, 相态, 剪切试验, 颗粒柱坍塌试验

Abstract: A calibration test and method for the relationship between macroscopic parameter and mesoscopic parameter, integrating shear test and particle column collapse test, are proposed based on the multi-phase characteristics exhibited by coal rock particles during collapse body excavation. The analysis of various relationships between macroscopic parameter and mesoscopic parameter in the calibration test is demonstrated using the linear contact model of the Particle Flow Code (PFC). The calibration method is validated through similar simulation and numerical tests of rescue channel excavation in collapsed body. The results indicate that: (1) the shear test and granular column collapse test effectively reflect shear damage of the collapsed body structure under quasi-static flow and energy evolution in fast flow, respectively; (2) The friction coefficient and local damping are key factors in the shear test under quasi-static flow and granular column collapse test under fast flow, respectively, among physical and mechanical parameters; (3) Based on the impact of mesoscopic parameters on macroscopic calibration experiment parameters, we suggest combining phase and weight analyses to efficiently achieve mesoscopic parameter calibration for each phase state by identifying dominant mesoscopic parameters for each phase state; (4) Numerical simulation results of rescue channel excavation in collapsed bodies using shear test and granular column collapse test closely align with similar simulation test results, validating the feasibility of the calibration method that considers phase states in collapsed body research.

Key words: parameter calibration, granular, phase state, shear test, particle column collapse experiment

中图分类号: TU433
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