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加载条件和粒径对颗粒材料黏结–滑移特征影响的研究

欧凡诣 费建波 马伟斌 陈湘生

欧凡诣, 费建波, 马伟斌, 陈湘生. 加载条件和粒径对颗粒材料黏结–滑移特征影响的研究[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(5): 592-597. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.014
引用本文: 欧凡诣, 费建波, 马伟斌, 陈湘生. 加载条件和粒径对颗粒材料黏结–滑移特征影响的研究[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(5): 592-597. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.014
Ou Fanyi, Fei Jianbo, Ma Weibin, Chen Xiangsheng. Influence of Loading Conditions and Particle Size on Stick-Slip Characteristics of Granular Materials[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(5): 592-597. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.014
Citation: Ou Fanyi, Fei Jianbo, Ma Weibin, Chen Xiangsheng. Influence of Loading Conditions and Particle Size on Stick-Slip Characteristics of Granular Materials[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(5): 592-597. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.014

加载条件和粒径对颗粒材料黏结–滑移特征影响的研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.014
基金项目: 国家自然科学基金(5242200114,52178339);高速铁路轨道技术国家重点实验室开放基金(2021YJ114)
详细信息
    作者简介:

    欧凡诣,男,2000年生,汉族,湖南永州人,硕士。研究方向:岩土工程。E-mail:oufanyi0715@163.com

    通讯作者:

    费建波,男,1988年生,汉族,山东日照人,博士,研究员。主要研究领域:颗粒岩土工程。E-mail:feijianbo@szu.edu.cn

  • 中图分类号: P554

Influence of Loading Conditions and Particle Size on Stick-Slip Characteristics of Granular Materials

  • 摘要: 将自然断层中常见的黏结–滑移现象和颗粒材料特性相结合,采用玻璃珠颗粒材料开展室内直剪试验和离散元数值分析,通过改变法向应力、剪切速率以及颗粒粒径,探究了加载条件和粒径大小对颗粒材料黏结–滑移特征的影响。模型试验和数值模拟结果表明:玻璃珠颗粒在受剪状态下发生周期性黏结–滑移,摩擦愈合和黏结–滑移周期是表征颗粒黏结–滑移特性的关键参数;摩擦愈合随剪切速率的增大而减小,随颗粒粒径的增大而增大,而法向应力对摩擦愈合影响较小;黏结–滑移周期和摩擦愈合表现出正相关,黏结–滑移周期随剪切速率增大而明显减小;颗粒间的摩擦咬合作用是影响黏结–滑移行为的重要因素。

     

  • 图  1  试验装置和样品设置

    图  2  颗粒数值模型示意图

    图  3  周期性黏结–滑移运动示意图

    图  4  在实验室试验和数值模拟中,颗粒粒径为0.45 mm,法向应力为300 kPa,剪切速率为4.5 mm/min,摩擦系数与剪切位移关系(图中的“LE”表示实验室试验,“NS”表示数值模拟,后同)

    图  5  在实验室试验和数值模拟中,颗粒粒径为0.3 mm,法向应力为500 kPa,剪切速率为1.5 mm/min,摩擦系数与剪切位移关系

    图  6  黏结–滑移周期性的受剪颗粒示意图

    图  7  在实验室试验和数值模拟中,剪切速率为4.5 mm/min,三种颗粒粒径下,摩擦愈合与法向应力关系

    图  8  在实验室试验和数值模拟中,颗粒粒径为0.3 mm,五种法向应力下,摩擦愈合与剪切速率关系

    图  9  在实验室试验和数值模拟中,剪切速率为3mm/min,五种法向应力下,摩擦愈合与颗粒粒径关系

    图  10  摩擦愈合与黏结–滑移周期关系

    表  1  DEM主要参数

    参数
    颗粒密度ρ/(kg·m−3)500
    接触模量E/GPa0.1
    初始孔隙率Ppore0.16
    颗粒之间接触的摩擦系数μg0.5
    墙体刚度kw/GPa1
    接触的刚度比rk1.5
    时间步Δt/s10−6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-11
  • 修回日期:  2024-02-22
  • 录用日期:  2024-03-11
  • 网络出版日期:  2024-10-09
  • 刊出日期:  2024-10-09

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