基于FDEM的岩石颗粒破碎后碎片形状的统计分析

• 作者: 周剑 马刚 周伟 程勇刚 黄泉水 曹学兴
• 来源期刊: 浙江大学学报（工学版）
• 关键词: 岩石颗粒 单颗粒破碎 连续-离散耦合方法(FDEM) 内聚力模型 形状指标
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 土木工程、交通工程|Civil Engineering,Traffic Engineering
• 页码范围: 348-357
• 页数: 10页
• 分类号: TV41
• 语种: 中文
• DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.02.015

摘要

针对碎片尺寸和形状会影响岩石强度和变形的问题,采用三维扫描技术获得真实岩石颗粒的表面点云数据,然后通过数字图像处理技术重构数字颗粒,利用连续-离散耦合方法(FDEM)模拟单个颗粒在平板压缩下的断裂破碎.识别颗粒破碎后所产生的碎片,并进行碎片形状的表征和量化,分析碎片形状与颗粒初始形状、碎片尺寸的关系.为了准确描述裂纹尖端的应力梯度和损伤演化,进行颗粒有限元网格密度的敏感性分析,结果表明,断裂过程区至少需要5、6个界面单元以减弱网格尺寸的影响.本研究关注颗粒破碎后所产生碎片的整体形态,忽略断裂引起的碎片表面局部起伏和粗糙变化.尽管所研究颗粒的初始形状存在较大差异,仍发现颗粒破碎后所产生碎片的形状指标分布具有一些共性特征.碎片的圆度、扁平率、Domokos因子和凸度对颗粒初始形状的敏感性逐渐增强,并且除了圆度外,其他形状指标分布与碎片尺寸之间并未发现显著的相关性.不同粒径组碎片的圆度分布表明,较大的碎片棱角更明显.