颗粒形状对类砂土力学性质影响的颗粒流模拟

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1、颗粒形状对类砂土力学性质影响的颗粒流模拟第30卷第10期岩石力学与工程学报Vol.30No.102011年10月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringOct.，2011孔亮12，彭仁2，(1.青岛理工大学理学院，山东青岛266033；2.宁夏大学物理与电气信息学院，宁夏银川750021)摘要：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

2、。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。关键词：土力学；颗粒形状；类砂土；微观参数；形状系数中图分类号：TU44文献标识码：A文章编号：1000–

3、6915(2011)10–2112–08PARTICLEFLOWSIMULATIONOFINFLUENCEOFPARTICLESHAPEONMECHANICALPROPERTIESOFQUASI-SANDSKONGLiang12，PENGRen2，(1.SchoolofScience，QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao，Shandong266033，China；2.SchoolofPhysicsElectricalInformationEngineering，NingxiaUniversity，

4、Yinchuan，Ningxia750021，China)Abstract：FourparticlegroupswithdifferentoutlinesaregeneratedbythecommandofclumpinPFC2D.Combiningwithdeformationmechanismofgranularmaterials，ashapecoefficientisdefinedbasedonroundnessandunevenness.Theshapecoefficientandfrictioncoefficientareus

5、edtoreflectthecharacteristicsofparticleoutlineandsurfaceroughnessrespectively.Theparticlestackingtest，biaxialtestanddirectsheartesthavebeensimulatedwithPFC2D，andhowtheshapeoftheparticlesaffectthemacro-mechanicalpropertiesofgranularmaterialshasbeendiscussed.Theresultsshow

6、thatparticleshapeplaysanimportantroleinthemacro-mechanicalpropertiesofthesetests.Intheparticlestackingtest，thenaturalangleofreposeandnaturalporosityincreaseswiththeirregularoutlineofparticlesandthefrictioncoefficientbetweenparticles.Inthebiaxialtest，peakstrengthandshapec

7、oefficientcanbefittedwithlinearfunctionswell，andtheinternalfrictionangleincreaseswiththedecreaseofshapecoefficient.Inthedirectsheartest，theshearstrengthofmaterialsincreaseswiththedecreaseofshapecoefficient；theirregularityofparticleshapealsoresultsinthedecreaseofstrongfor

8、cechainandtheinhomogeneityofvelocityfield.Keywords：soilmechanics；particleshape；quasi-sands；microscopicp