砂土的细观参数对宏观特性的影响研究

基于颗粒流理论,对砂土的室内双轴试验进行了数值模拟,在前人的基础上对颗粒形状和边界条件做了一些改进,采用不规则颗粒代替纯圆形颗粒,用柔性的颗粒边界代替刚性的墙边界.研究了颗粒形状、摩擦系数、孔隙率等细观参数变化对宏观特性的影响.并对计算模型中颗粒单元的性质进行了多组试样的参数比较研究,建立了宏观参数和细观参数的定量对应关系.对研究土体的本构模型具有一定的应用价值.     

颗粒形状对颗粒流模拟双轴压缩试验的影响研究

采用二维离散单元法,建立了4种不同形状的颗粒,研究了颗粒形状对模拟双轴试验的影响以及4种不同颗粒试样宏观特性随颗粒细观参数的变化关系。研究结果表明:在其它细观参数相同的情况下,颗粒形状对颗粒试样的宏观特性有较大的影响,其中3种异形颗粒由于颗粒形状的特殊性,显著地提高了颗粒试样的剪切强度。同时通过模拟双轴试验分析表明,4种颗粒试样宏观特性与细观参数的变化规律均比较一致。     

PFC双轴模拟试验下岩土材料的力学参数研究

从分析细观力学颗粒流的常用模型出发,对颗粒细观参数敏感性进行了探讨,结果表明细观参数刚度、摩擦系数、孔隙率和颗粒形状的改变都对试样的宏观特性产生一定的影响。     

螺旋绞刀关键技术参数研究

对砖瓦企业挤出机螺旋绞刀的叶片螺旋角、转速、组合、光清度以及泥料的颗粒大小、形状、成型水分等关键技术参数进行分析．并结合生产实际提出了建议。     

颗粒形状和中主应力对砂土力学特性耦合影响的真三轴试验研究

天然状态下,砂土地基处于三维受力状态。经过复杂的沉积和搬运作用,砂颗粒形态各异,进一步影响其在受力状态下的接触形式。砂土的宏观力学响应同样会受到微观颗粒形状的影响。研究针对不同比例石英砂和玻璃圆(碎)珠的混合颗粒试样开展真三轴剪切试验,研究三维应力状态下颗粒形状对砂土力学特性的影响。结合动态颗粒图像分析技术定量识别颗粒形状参数,获得颗粒形状参数伴随玻璃珠掺量增加的变化趋势。查明中主应力与颗粒形状对砂土宏观力学响应的耦合影响机制。试验结果表明：具有规则颗粒形状的玻璃珠–石英砂混合物能有效抑制试样剪胀特性。对于给定的中主应力系数,玻璃珠–石英砂混合颗粒材料的峰值摩擦角随着颗粒形状不规则度的增加而增大,峰值强度对应的大主应变随着颗粒形状不规则度的增加而减小。玻璃珠–石英砂混合物的峰值强度伴随中主应力系数的变化趋势可以较好地通过岩土材料经典的三维强度理论进行预测。     

有限单元法和有限差分法用于空调数值模拟的比较和分析

概要介绍了有限差分法和有限单元法在模拟室内气流组织方面的应用，以相同算例对两种方法的模拟结果进行了分析比较，认为后者在模拟边界形状较复杂的区域时，模拟结果更接近实际情况。     

颗粒形状对砂土抗剪强度及桩端阻力影响机制试验研究

 为研究颗粒形状对砂土的力学及变形性质的影响,以3种不同颗粒形状的均粒砂及相似材料“玻璃球”为研究对象,通过光学显微镜获取颗粒数字图像,借助图形处理系统获取颗粒单元体几何参数,定义构建2种不同层次的形状描述指标(球形度、磨圆度),并通过计算机辅助程序完成颗粒形状参数的量化。通过4种颗粒材料直剪试验,获得临界摩擦角、剪胀角及峰值摩擦角等强度指标,并分析其随颗粒形状参数的变化,通过饱和试样在不同密实度、不同离心加速度下的静力触探测试来模拟不同砂土地基上的中等圆形闭口桩静压贯入过程,并探讨桩端阻力随颗粒形状的变化关系。直剪试验结果表明：在矿物组分相同的情况下,砂土临界摩擦角随颗粒的磨圆度和规则性的增加呈线性减小,剪胀性随颗粒的不规则性的增大而增大,并可通过修正的Bolton公式来量化表述形状系数对于峰值摩擦角的作用。离心试验结果表明：静力触探锥端阻力可直接用于桩端阻力(qb)的估算,具有很好的可信度,砂颗粒形状越偏离标准球状,表面棱角度越突出,桩贯入所受阻力越大,桩端承载力越高。通过理论分析,提出一种迭代计算方法,并量化分析桩端阻力(qb)、相对密度(Dr)、应力水平(?v′)和颗粒形状(?)四者的相互作用关系,该方法计算结果与试验实测数据具有良好的吻合度。     

矿物颗粒形状的岩石力学特性效应分析

岩石作为矿物颗粒的集合体,其宏观力学特性主要影响因素为矿物的细观形态特征。基于颗粒流理论,建立了4种代表颗粒形状用于模拟石英砂岩的矿物颗粒,并采用球度指标对矿物颗粒形状进行参数量化。通过石英砂岩的室内三轴试验校准了颗粒流模型的细观参数,在此基础上进行四种矿物颗粒形状试样的岩石三轴力学模拟试验。研究结果表明：颗粒的球度越大,试样的启裂强度、损伤强度和峰值强度均越低。随着颗粒球度的增加,试样的弹模降低,泊松比增大。内摩擦角和黏聚力则随球度的增大而下降。根据岩样数值试验中的变形数据,研究了不同颗粒形状剪胀角随着塑性剪切应变的演化规律。     

乳化沥青颗粒粒度的图像分析方法

针对目前乳化沥青颗粒粒度分析手段的不足,提出一种基于数字图像处理技术的乳化沥青颗粒粒径计算方法.该方法分为3个主要步骤,首先得到乳化沥青颗粒的二值图像并填充二值化后乳化沥青颗粒图像中的孔洞;然后在二值图像的基础上利用分水岭算法再次切割粘连颗粒,并根据颗粒的形状因子剔除不完整颗粒;最后由显微成像系统标定的放大倍数和等效直径法计算颗粒的实际尺寸,进而统计颗粒粒径分布参数,与激光粒度分析对比表明,分析图像数量越多,两者越接近,当分析图像数量为100张时,两者的标准差达到0.55.     

岩石颗粒与孔隙系统数字图像识别方法及应用

以砂岩薄片微观图像为例,研究了岩石颗粒与孔隙系统数字图像识别、定量化和统计分析方法。通过多颜色分割和去杂等操作获得二值图像;提出改进的种子算法来封闭特定直径的孔喉,并自动分割和识别不同的孔隙和颗粒;引入了概率统计的方法,实现了由二维颗粒面积计算颗粒系统的三维分选系数;使用概率熵和分形维数分别来描述颗粒和孔隙的定向性和形状复杂度的变化等。在理论研究基础上,研发了孔隙(颗粒)及裂隙图像识别与分析系统(PCAS),通过简单操作即可得到颗粒和孔隙各种几何参数和统计参数。实例中,将PCAS应用于高孔隙度砂岩压密带微观形成机制研究。图像分析结果表明:(1)颗粒和孔隙得到了准确地识别量化,统计参数有效地描述和区分了不同的砂岩微观结构;(2)与V型压密带相比,产生平直型压密带的砂岩具有较大的孔隙度和平均孔隙面积,以及较好的颗粒分选性。研究表明砂岩压密带形态与其微观结构紧密联系,所采用的微观结构识别和分析方法可行。     

砂土单调剪切特性的非圆颗粒模拟

针对纯圆颗粒模拟的缺陷,利用颗粒流"团颗粒"方法开发了形状近似椭圆的"椭圆团颗粒",研究了颗粒形状变化对数值试样宏观剪切特性的影响及其细观机理;分析了加荷过程中平均接触数的变化规律以及颗粒形状对临界接触数的影响;对比了纯圆颗粒和椭圆团颗粒的不同颗粒旋转特性,并初步探讨其机理;分析了剪切过程中椭圆团颗粒试样的组构各向异性演化规律。结果表明,颗粒形状对试样的强度和变形特性具有重要影响,其在细观机理上与平均接触数有关;剪切荷载作用下椭圆团颗粒试样呈现明显的组构各向异性,颗粒长轴逐渐趋于水平定向,接触法向逐渐偏于加荷的大主应力方向。     

Particle Shape and Crushing Effects on Direct Shear Behavior Using DEM

Numerical analyses using the PFC^2D are conducted to study the relative changes of particle crushing and the shear behavior of granular materials according to the quantified particle shapes. A total of seven particle shapes are standardized and quantified. Three different particle models, including a circular particle model, a non-crushing particle model, and a crushing particle model, are developed and analyzed. The results show that shear strength is mobilized in size order: 3 ball>6 ball_T>2 ball>6 ball_R>4 ball>9 ball>1 ball model, corresponding to triangle>rectangle>square>circle shape in both the non-crushing particle model and the crushing particle model. Within the same shape but with a different number of sub-particles, it is found that an increase in the number of sub-particles within a particle coincides with smaller shear strength per model. The non-crushing particle model shows the increase of porosity not only in the shear band, but also in other layers. However, in the case of the crushing particle model, the increase of porosity is mainly focused within the shear band. It is found that with a larger circularity and convexity, that is, as a particle becomes more circular in shape, the shear strength decreases, regardless of particle crushing. It can be concluded that the standardized particle shape model suggested in this research has broader applications for future studies.     

颗粒形状对类砂土力学性质影响的颗粒流模拟

 通过颗粒流软件PFC2D中的clump命令,生成4种不同外轮廓特征的颗粒组,并结合颗粒材料变形机制,定义构建基于颗粒圆度与凹凸度的形状系数。用形状系数与粒间摩擦因数分别反映颗粒的外轮廓特征和表面粗糙度。用PFC2D模拟颗粒堆积试验、双轴试验和直剪试验,探讨颗粒形状对类砂土材料宏观力学特性的影响。试验结果表明：在颗粒堆积试验中,颗粒外轮廓的不规则以及颗粒间摩擦因数的增大会导致自然休止角和天然孔隙率增大;在双轴试验中,材料的峰值强度与形状系数的变化规律可用线性函数很好地进行拟合,内摩擦角随形状系数的减小而增大;在直剪试验中,材料的抗剪强度有随形状系数的减小而增大的趋势,颗粒形状的不规则还导致强力传递链数目的减少和速度场分布的不均匀。     

级配碎石形状量化及其对堆积特性的影响

针对现有离散元模拟多采用规则形状颗粒进行,与颗粒实际形态不符的缺陷。以级配碎石为例,对颗粒形状进行量化分析。采用数字图像处理技术,得到颗粒轮廓,根据轮廓形态特征从多个层次对颗粒形态进行描述,并得到互相独立的扁平度、棱角度形状指标,对指标进行统计分析,发现颗粒形态与粒径无关。最后通过离散元数值模拟探究颗粒真实形态与颗粒堆积孔隙率关系。试验结果表明：在松散情况下,堆积孔隙率随扁平度的增大而增大,而当颗粒近似圆形时,孔隙率随棱角度增大而减小。     

Relationships between Shape Characteristics and Shear Strength of Sands

In the Mohr-Coulomb criterion, the shear strength of sands is typically characterized by the internal friction angle, which depends on many factors such as grain size and distribution, the mineralogical origin of the particles, particle shape, unit weight, geological history, cementation, saturation, and overburden pressure. In this study, the empirical relationships among three particle shape indices, different fractal dimension definitions, and internal friction angles were investigated. Within this context, direct shear tests were conducted on 38 different types of sands from different origins and with various grain sizes. For each type of sand, image analyses were performed to find out the roundness, sphericity, regularity parameters belonging to individual grains. Additionally, several statistics of these parameters for different types of sands were determined. The results revealed that particle shape has a limited effect on the friction angle of sands in comparison to grain size distribution. Furthermore, it was found that decreasing regularity in particle shape caused an increase in the internal friction angle of uniform sands. These findings agree with the empirical relationship between the internal friction angle and particle shape suggested in the literature.     

麦秸刨花形态对麦秸板成品基本性能的影响研究

研究了麦秸刨花板制造中麦秸刨花形态对板材基本性能的影响。实验结果表明，当麦秸刨花采用70％0．34－3cm，25％小于0．34cm，5％其它的情况下，板材的性能达到最佳。     

无黏性土剪胀性的细观认识

针对规则的椭圆形颗粒、圆形和履带形颗粒以及不规则形状颗粒组成的土体进行了平面力学分析,推导了应力比和塑性应变增量比表达式,建立了由土体本身内在材料属性,包括颗粒的形状、大小或级配、以及布局方式或组构,所决定的细观剪胀模型。分析结果表明,在建立状态相关的宏观剪胀理论时,状态的概念并不仅仅 局限于描述土体颗粒布局方式的孔隙比状态参数,还应包括其它能够反映颗粒形状、大小或级配的宏观状态参数。     

Fabric and Particle Shape Influence on K0 of Granular Materials

This paper discusses the influence of fabric and particle shape on K₀-values of cohesionless materials using micromechanical analysis and the results from a series of tests. Following a simple analysis using Harr's probabilistic theory that illustrates the dependency of K₀ on particle shape, a rigorous micromechanical analysis is provided to take into account the effect of interparticle friction, particle shape and particle arrangement. The fabric effect is introduced via a joint density function of branch vectors. Both micromechanical analyses and experimental results show that the K₀-values are affected by fabric related to both the direction and the length of branch vectors. The effect of particle shape may be undermined if one only considers the directional variation of the density of branch vectors (or contact normals). The K₀-values are shown to be also affected by the direction in which deformation is restrained.