基于PFC2D巖石顆粒破碎強(qiáng)度和能量的分形模型*

馮興波　奚　悅　宋丹青　徐永福

(上海交通大學(xué)土木工程系　上海　200240)

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基于PFC2D巖石顆粒破碎強(qiáng)度和能量的分形模型*

馮興波奚悅宋丹青徐永福

(上海交通大學(xué)土木工程系上海200240)

顆粒的破碎強(qiáng)度隨著粒徑的增大而減小，即顆粒破碎的尺寸效應(yīng)，分形模型為解釋固體顆粒破碎的尺寸效應(yīng)提供了可行的方法。根據(jù)巖石顆粒破碎時(shí)的分形特征，采用Sammis破碎準(zhǔn)則，通過模擬分析得出巖石顆粒破碎能量和強(qiáng)度的分形模型，建立和驗(yàn)證用分維D來表示巖石顆粒破碎的能量和強(qiáng)度準(zhǔn)則，得出并驗(yàn)證了巖石顆粒破碎分維的確定方法。利用離散元軟件PFC2D的黏結(jié)顆粒模型BPM(Bonded Particle Model)模擬了小孔隙率n=0.12和大孔隙率n=0.3，即密實(shí)和松散兩種情況。其中小孔隙率采用在模型上添加小顆粒的新方法，分別做了400組粒徑不等的數(shù)值模擬試驗(yàn)，從粒徑與破碎強(qiáng)度、破碎能量之間的關(guān)系和應(yīng)力-應(yīng)變曲線3個(gè)方面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，驗(yàn)證了巖石顆粒破碎強(qiáng)度與分維D的理論關(guān)系為σf∝dD-3，并得出顆粒破碎時(shí)的能量和與分維D之間的關(guān)系為Ef∝dD-1。驗(yàn)證了分形理論在分析顆粒破碎的尺寸效應(yīng)中的較好應(yīng)用，為確定巖石顆粒的破碎強(qiáng)度和巖石堆砌體剪切強(qiáng)度提供新的方法和參考意見。

PFC2D巖石顆粒破碎強(qiáng)度破碎能量分維

0　引　言

巖石顆粒是路堤、地基、路面結(jié)構(gòu)等的重要組成部分，在外荷載的作用下，當(dāng)外力超過巖石顆粒的破碎強(qiáng)度，巖石顆粒就會(huì)發(fā)生碎裂。巖石堆砌體結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度會(huì)因顆粒破碎而降低(Lade et al.，1996)，顆粒破碎通常會(huì)使材料的壓縮性變大進(jìn)而產(chǎn)生大的變形(尹振宇等，2012)，因此尋找確立巖石顆粒破碎強(qiáng)度的簡(jiǎn)易方法十分重要。……