小麦力学参数的三轴压缩试验研究

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1、第36卷第5期河南工业大学学报（自然科学版）Vol.36，No.52015年10月JournalofHenanUniversityofTechnology（NaturalScienceEdition）Oct.2015文章编号：1673-2383（2015）-0101-05网络出版网址：http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20151019.1444.042.html网络出版时间：2015-10-1914:44:28小麦力学参数的三轴压缩试验研究许启铿，陈家豪，王录民（河南工业大学土木建筑学院，河南郑州450001）摘要：小

2、麦力学参数是仓储结构设计的基础数据，采用三轴仪对小麦进行了三轴压缩试验，获得了小麦试样的应力-应变关系曲线，利用莫尔-库伦准则确定了其强度参数，并计算得到其弹性模量.试验表明：小麦在固结不排水阶段的应力-应变曲线大致分为线弹性、应力强化、剪切面滑动和破坏等4个阶段；随着围压的增大，小麦试样弹性模量增大，在围压为50~200kPa时，弹性模量为0.715~2.422MPa，并拟合出了小麦弹性模量和围压的关系曲线.试验结果可以为仓储结构设计中小麦力学参数的选取及小麦的颗粒流（PFC）数值分析提供依据.关键词：小麦；三轴试验；应力-应变关系；力学参数；弹性模量中图分类号：文

3、献标志码：DOI:10.16433/j.cnki.issn1673-2383.2015.05.0210比的方法.曾长女、冯伟娜等[14-15]利用应变式三轴引言仪研究了小麦试样的强度特性，试验结果表明黏聚小麦作为主要的粮食品种，在粮食储藏中占主力和内摩擦角随着孔隙率增加而降低，随着含水量导地位.小麦的内摩擦角、弹性模量等力学参数是增加而增加.进行粮堆压力分析和仓储结构设计的基础数据.作者针对小麦开展三轴压缩试验，测试小麦试我国规范[1]中计算筒仓压力的Janssen公式，计算样在不同围压下的应力-应变关系，旨在为小麦粮浅圆仓压力的修正的Rankine理论，相关研究人员

4、堆的颗粒流（PFC）数值分析提供试验依据.所进行的筒仓和浅圆仓压力分析[2-3]以及粮堆压力的数值模拟[4-10]等表明，力学参数的选择及其准确1三轴压缩试验性是计算与分析的关键.三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方国内外对小麦颗粒力学特性的研究已有相关[11]法，有相应的三轴压缩试验规程（SL237-017-报道，然而小麦在运输及储藏过程中大多是以散1999）.参照该规程，采用全自动静三轴仪进行小料堆的形式存在的，而散料堆是有一定孔隙率的麦三轴压缩试验.非连续散体.三轴试验能够模拟小麦堆局部的压1.1试样制备力环境，通过三轴试验可以获取小麦堆的应力-应试验试样选用

5、产自河北的小麦，利用电热干燥变关系以及力学参数，为理论分析和数值模拟提箱及分析天平测得其水分为10.94%，采用全自动供支持.因此，相关学者们近几年开始对小麦粮堆[12]三轴仪进行三轴压缩试验.根据三轴压缩试验规的力学特性进行研究.程绪铎等利用三轴试验程对试样的尺寸要求：试样高度H与直径D之间得到了小麦试样力和位移的关系，测定了小麦粮（H/D）应为2.0~2.5.土样粒径与试样直径的关系堆弹性模量，并拟合出围压与弹性模量的关系方[13]如表1所示.程.梁醒培等基于弹性力学理论，推导了三轴压缩试验的解析解，提出了求粮食弹性模量和泊松表1土样粒径与试样直径的关系Table

6、1Relationshipbetweensizeofsoilparticleandthediameteroftestsample收稿日期：2015-08-03基金项目：国家自然科学基金项目（51178164）试验直径D/mm39.161.8101.0作者简介：许启铿（1981-），男，福建福州人，讲师，研究方向为散体物允许粒径d/mmd<0.1Dd<0.1Dd<0.2D料压力理论与储仓结构.102河南工业大学学报（自然科学版）第36卷小麦颗粒近似为椭圆状，颗粒直径以长轴计2结果及分析算，为3~6mm.由表1可知，试样的直径选择61.8mm或101.0mm较合适.根据试

7、验要求，应对围压2.1小麦应力-应变关系50、100、150、200kPa条件下的试样进行三轴压缩围压50、100、150、200kPa下得到的试样应试验.因此，需要制备4个圆柱形试样，试样的参力-应变关系曲线分别如图3所示.数见表2.表2小麦试样参数Table2Parametersofwheattestsample直径高度质量围压试样编号D/mmH/mmm/gσ3/kPa162.62114.3931250264.18112.25312100364.73112.66312150464.39108.87312200（a）围压=50kPa1.2试验过程试