基于颗粒流数值试验的岩土材料内尺度比研究

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1、第32卷第4期岩土力学Vol.32No.42011年4月RockandSoilMechanicsApr.2011文章编号:1000-7598(2011)04-1211-05基于颗粒流数值试验的岩土材料内尺度比研究123尹小涛,郑亚娜,马双科(1.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室,武汉430071;2.西安长庆科技工程有限责任公司建筑设计部,西安710021;3.西安公路研究院,西安710054)摘要:内尺度比是材料的最小结构和材料尺寸的比。在细观条件下,岩土材料可以看成是由不同尺度矿物颗粒组成的颗粒集聚体,含有不同尺度的天然缺陷。这些带有尺度特点的材料结

2、构、构造特征无疑会影响岩土材料性质测试的结果和准确性,即岩土材料具有和金属材料一样的内尺度比。利用颗粒流软件fish语言编写程序虚拟实现了岩土材料单轴压缩试验,设计了0.05、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40、1.60、1.80、2.00mm等12种粒径数值试件,分别进行了单轴压缩试验。根据试件的破坏形态、应力-应变曲线,分析了内尺度比对测试结果的影响,发现:粒径小于0.40mm之后,计算时间急剧增加,计算效率急剧减小;内尺度比小于0.01之后,材料的数值试验结果趋于稳定。这说明岩土材料也存在内尺度比,岩土体的物理力学参数的尺寸效应

3、问题就是材料内尺度问题的一种表现形式。关键词:岩土材料;内尺度比;尺寸效应;颗粒流程序中图分类号:TU457文献标识码:AStudyofinnerscaleratioofrockandsoilmaterialbasedonnumericaltestsofparticleflowcode123YINXiao-tao,ZHENGYa-na,MAShuang-ke(1.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering,InstituteofRockandSoilMechanics,ChineseAcademyofSc

4、iences,Wuhan430071,China;2.ArchitectureDesignDepartment,Xi'anChangqingTechnologyEngineeringCo.,Ltd.,Xi’an710021,China;3.Xi’anResearchInstituteofHighway,Xi′an710054,China)Abstract:Innerscaleratioisaratiobetweenminimumcrystalstructureofmaterialanditsspecimensize.Rockandsoilmaterial,beingatypeo

5、fdifferentsizesmineralparticlesassemblerundermicroscopicconditions,containsdifferentscalerawfaults.Thesesizefeaturesofmaterialstructurewillaffectaccuracyofrockandsoilmaterialcharacteristicstestresults.Thatistosaythereexistsinnerscaleratioinrockandsoilmaterialslikethatofmetalmaterial.Sovirtua

6、luniaxialcompressiontestdonebyinnerembeddedfishlanguageofparticleflowcodeisusedtostudyinnerscaleratioofgeotechnicalmaterial.Twelvenumericalspecimenswithtwelvetypesofgrainsizesuchas0.05,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8and2.0mmaredesignedandtested.Accordingtofailureshapeandstress-strain

7、curveofthesespecimens,effectofinnerscaleratioontestresultsisanalyzed.Itisfoundthatthecomputingtimeincreasesdramaticallyandcomputingefficiencydecreasessharplyifgrainsizelessthan0.4mm;andthattestresultstendtostabilityandaccuracyifinnerscaleratiolesst

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1、第32卷第4期岩土力学Vol.32No.42011年4月RockandSoilMechanicsApr.2011文章编号:1000-7598(2011)04-1211-05基于颗粒流数值试验的岩土材料内尺度比研究123尹小涛,郑亚娜,马双科(1.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室,武汉430071;2.西安长庆科技工程有限责任公司建筑设计部,西安710021;3.西安公路研究院,西安710054)摘要:内尺度比是材料的最小结构和材料尺寸的比。在细观条件下,岩土材料可以看成是由不同尺度矿物颗粒组成的颗粒集聚体,含有不同尺度的天然缺陷。这些带有尺度特点的材料结

2、构、构造特征无疑会影响岩土材料性质测试的结果和准确性,即岩土材料具有和金属材料一样的内尺度比。利用颗粒流软件fish语言编写程序虚拟实现了岩土材料单轴压缩试验,设计了0.05、0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40、1.60、1.80、2.00mm等12种粒径数值试件,分别进行了单轴压缩试验。根据试件的破坏形态、应力-应变曲线,分析了内尺度比对测试结果的影响,发现:粒径小于0.40mm之后,计算时间急剧增加,计算效率急剧减小;内尺度比小于0.01之后,材料的数值试验结果趋于稳定。这说明岩土材料也存在内尺度比,岩土体的物理力学参数的尺寸效应

3、问题就是材料内尺度问题的一种表现形式。关键词:岩土材料;内尺度比;尺寸效应;颗粒流程序中图分类号:TU457文献标识码:AStudyofinnerscaleratioofrockandsoilmaterialbasedonnumericaltestsofparticleflowcode123YINXiao-tao,ZHENGYa-na,MAShuang-ke(1.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering,InstituteofRockandSoilMechanics,ChineseAcademyofSc

4、iences,Wuhan430071,China;2.ArchitectureDesignDepartment,Xi'anChangqingTechnologyEngineeringCo.,Ltd.,Xi’an710021,China;3.Xi’anResearchInstituteofHighway,Xi′an710054,China)Abstract:Innerscaleratioisaratiobetweenminimumcrystalstructureofmaterialanditsspecimensize.Rockandsoilmaterial,beingatypeo

5、fdifferentsizesmineralparticlesassemblerundermicroscopicconditions,containsdifferentscalerawfaults.Thesesizefeaturesofmaterialstructurewillaffectaccuracyofrockandsoilmaterialcharacteristicstestresults.Thatistosaythereexistsinnerscaleratioinrockandsoilmaterialslikethatofmetalmaterial.Sovirtua

6、luniaxialcompressiontestdonebyinnerembeddedfishlanguageofparticleflowcodeisusedtostudyinnerscaleratioofgeotechnicalmaterial.Twelvenumericalspecimenswithtwelvetypesofgrainsizesuchas0.05,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8and2.0mmaredesignedandtested.Accordingtofailureshapeandstress-strain

7、curveofthesespecimens,effectofinnerscaleratioontestresultsisanalyzed.Itisfoundthatthecomputingtimeincreasesdramaticallyandcomputingefficiencydecreasessharplyifgrainsizelessthan0.4mm;andthattestresultstendtostabilityandaccuracyifinnerscaleratiolesst

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