三軸壓縮顆粒流研究范文

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《四川建筑科學研究雜志》2014年第三期

1模型監測分析

通過對模型全過程的監測，發現數值試件在加載的過程中呈現出45°斜角的剪切破壞特征(圖4)。通過對不同圍壓下模型的監測，發現球形顆粒的平均不平衡力在Step為25000～40000之間時，平均不平衡力趨于0，隨后逐漸增大，達到峰值后又逐漸減小，而且最大不平衡力隨圍壓的增大而減小，而之后趨向于穩定(圖5)。而不同圍壓下球形顆粒間的接觸力卻是隨圍壓的增大而遞增的，而曲線的斜率有隨圍壓的增大而逐漸減小的趨勢，當圍壓大于20MPa后，曲線斜率基本相等(圖6)。通過監測不同圍壓下ID號為200的顆粒Z方向的速度變化過程，發現其速度逐漸增大，然后趨于穩定，很好的吻合了圖5中的平均不平衡力為0的階段，而且圍壓越大，平均不平衡力趨于0的區段越小。

2力學參數分析

三軸試驗的加載機理是采用伺服式應變率控制的數值伺服控制機理。其目的就是控制上壓盤和下壓盤的速度達到規定的應力值σ(w)。墻體應力改變是由于與之接觸的顆粒不斷的改變接觸應力所致，軸向應變可以用公式(1)和公式(2)來計算得到:顆粒試樣的宏觀特性是由顆粒的細觀參數決定［8］，而細觀參數主要包括顆粒的摩擦系數、剪切剛度、泊松比、顆粒大小和顆粒形狀等。通過對不同圍壓下(1MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa)軸向偏應力σd的監測(其中σa=σd+σc，σa指軸向應力，σc指圍壓)，可以繪制出軸向應力與軸向應變的關系圖、體積應變與軸向應變的關系圖(圖8～9)。其相應的彈性模量E和泊松比ν可以通過下式計算。 通過對比分析圖8和圖9，可知如下幾點。1)在模擬花崗巖的三軸壓縮試驗過程中，可以通過監測偏應力σd來確定試驗是否完成。對于有接觸連接的巖體，σd首先增加到一定值，然后會隨著試樣的破壞而逐漸降低。而峰值強度卻隨圍壓的增大而增大。2)花崗巖的三軸壓縮試驗應力應變關系曲線表現出三個階段。第一階段:彈性階段，花崗巖在低應力作用下，應力與應變呈現線性關系，表現出一定的彈性特性，而隨著初始裂紋在低應力下的閉合，花崗巖體積縮小。第二階段:塑性階段，呈斜率逐漸減小的曲線段，細觀裂紋逐漸貫通延長，直到峰值應力，試樣破壞。第三階段:應變軟化階段，隨著試件的破壞，花崗巖發生應變軟化［11］，試件的裂紋會慢慢擴展，形成45°斜角的剪切破壞，且花崗巖體積會發生膨脹，圍壓越小膨脹越厲害。3)花崗巖的彈性模量、抗壓強度、軸向峰值應變均與圍壓成線性關系，而泊松比在不同圍壓下的變化不大，均約為0.2，很好的體現了花崗巖是一種硬脆型材料。

3結論

通過PFC3D軟件對花崗巖的三軸壓縮試驗進行顆粒流模擬研究，可得到如下結論:1)從通過PFC3D軟件建立的花崗巖三軸壓縮試驗顆粒試樣的分析來看，顆粒尺寸對數值顆粒試樣的宏觀特性有較大的影響;2)花崗巖的三軸壓縮顆粒流模擬試驗過程中，可以通過監測軸向偏應力σd來確定試驗是否完成。軸向偏應力σd首先增加到一定值，然后會隨著試樣的破壞而逐漸降低;3)花崗巖的彈性模量、抗壓強度、軸向峰值應變均與圍壓成線性關系，而泊松比在不同圍壓下的變化不大，約為0.2，很好的體現了花崗巖是一種硬脆型材料。

作者：劉軍劉俊新龍志偉陳西磊單位：西南科技大學土木工程與建筑學院