平直节理黏结颗粒材料宏细观参数关系及细观参数的标定

为了分析平直节理黏结颗粒材料宏细观参数关系以及进行细观参数的标定,以单轴压缩、直接拉伸和双轴压缩数值试验作为宏观参数测试方法,对平直节理接触模型细观参数进行正交设计,采用多因素方差分析和回归分析研究宏细观参数之间的关系,在此基础上,建立了细观参数的标定方法。以灰岩的室内试验为基础,对其细观参数进行标定,模拟结果与试验结果相接近,验证了方法的有效性。     

模拟岩石的平行粘结模型微观参数标定

针对平行粘结模型不能同时满足岩石抗拉强度和抗压强度的问题,通过模拟岩石的单轴拉伸试验和单轴压缩试验,以已有的Lac du Bonnet花岗岩的室内试验结果为目标,标定了不同孔隙比和不同不均匀系数岩石离散元试样的微观参数。从微观破坏机制角度指出了平行粘结模型的不足之处,并提出了改进方法。研究结果表明:满足抗拉强度和抗压强度的微观胶结强度参数相差一个数量级;模型仅考虑了胶结的抗拉和抗剪特性,忽略了法向力对胶结强度的影响,导致模型不能正确反映岩石的拉压强度比值;建议采用可模拟颗粒破碎的团粒模型或者基于室内试验提出的胶接模型。     

基于离散元的模拟月岩切削负载特性数值模拟及试验验证

钻取采样是人类获取月球岩石类样品的重要手段,钻进负载的稳定性是确保月岩采样任务成功的关键因素。由于岩石属性直接决定其可钻性等级,并影响钻进负载,有必要在地面环境中,分析岩石本构模型与钻进负载之间的关系,构建不同可钻性等级的岩石样本模型,开展模拟钻进试验,获知不同钻进参数下岩石采样的钻进载荷变化情况。据此,将地面条件下大理岩样本选作模拟月岩切削特性的研究对象,基于二维颗粒流程序(Particle flow code 2 dimensions,PFC2D),建立小切削深度下仿真分析模型。利用Plackett-Burman试验(PB试验)和中心组合设计(Central composite design,CCD)方法,确定影响岩石切削特性的微观参数,开展不同切削深度下的模拟月岩切削负载试验验证。经仿真分析与试验验证能得到与岩石切削特性相对应的离散元模型,试验结果表明该仿真模型在较小切削深度条件下的切削负载变化规律与实际情况一致。通过研究获得了一种建立模拟月岩离散元切削模型的建模方法,为后续分析钻头/切削刃构型参数对钻进/切削负载的影响提供了研究条件。     

平直节理黏结颗粒材料宏细观参数关系及细观参数的标定

为了分析平直节理黏结颗粒材料宏细观参数关系以及进行细观参数的标定,以单轴压缩、直接拉伸和双轴压缩数值试验作为宏观参数测试方法,对平直节理接触模型细观参数进行正交设计,采用多因素方差分析和回归分析研究宏细观参数之间的关系,在此基础上,建立了细观参数的标定方法。以灰岩的室内试验为基础,对其细观参数进行标定,模拟结果与试验结果相接近,验证了方法的有效性。     

岩石单轴压缩PFC2D模型细观参数标定研究

为了研究单轴压缩PFC^2D模型宏细观参数之间的关系及对其细观参数进行标定,以平直节理接触模型作为颗粒接触本构模型,对PFC^2D模型细观参数进行正交设计,以多因素方差分析、量纲分析研究宏细观参数之间的关系,在此基础上,提出了试错法标定细观参数的具体流程,将其用于灰岩单轴压缩PFC^2D模型细观参数的标定中,数值模拟所得宏观参数、应力-应变曲线和破坏特征与室内试验结果相近,验证了本文方法的可行性。分析结果显示,如果要建立双轴压缩PFC^2D模型,还需进一步标定细观参数tanφ_b和μ_b。研究成果可为岩石力学试验的颗粒流模拟提供一定参考。     

平行黏结模型中细观参数对宏观特性影响研究

 采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对平行黏结模型中细观参数对宏观特性的影响进行系统研究。首先通过理论研究,定性提出细观参数与宏观特性的理论公式,然后运用PFC2D数值模拟,定量地给出两者之间的关系式。研究表明：(1) 计算模型宏观弹性模量主要由颗粒接触杨氏模量和颗粒黏结杨氏模量决定,且与二者均呈线性关系,同时受颗粒接触法向刚度与切向刚度之比、颗粒黏结法向刚度与切向刚度之比及颗粒尺寸的影响,且均呈对数关系;(2) 泊松比主要由颗粒刚度决定,且呈对数关系,受颗粒尺寸的影响较小;(3) 抗压强度由颗粒黏结应力比?b,m/?b,m决定,受颗粒摩擦因数?的影响轻微,当0＜?b,m/?b,m＜2时,抗压强度主要受?b,m的影响,当?b,m/?b,m≥2时,抗压强度主要受?b,m的影响。并给出具有一定参考意义的相关关系式,结合实例进一步对相关分析式的可靠性进行论证。研究成果对快速、合理确定PFC模型细观参数具有指导意义。