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粒状岩土材料颗粒破碎演化规律的模型预测研究
  • ISSN号:1000-6915
  • 期刊名称:《岩石力学与工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TU411[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(41272334);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2014-yb-019,2012-IV-075)
中文摘要:

荷载作用下粒状岩土材料的颗粒破碎改变了粒径分布,从而影响其力学特性。为了揭示应力水平对颗粒破碎的影响规律,利用一系列高压应力下的侧限压缩试验研究钙质砂和石英砂的压缩变形、应力–应变关系、粒径分布的演化和颗粒破碎特性。在此基础上,建立描述粒状岩土材料的应力水平与孔隙比、体应变、相对破碎率等相关关系的数学模型。研究结果显示:无论是钙质砂还是石英砂,随着应力水平的增加,一旦颗粒破碎增长致使砂粒趋向分形分布,体应变与相对破碎率的比值将保持恒定。恒定比值意味着基于体应变就可估算相对破碎率,其数值为石英砂大于钙质砂。如果颗粒分布发展至分形分布,其孔隙比、体应变、相对破碎率的增量随应力水平的变化规律,可以用形式统一的数学模型表达。基于试验获得的模型参数,该模型可用于预测颗粒在分形分布阶段的相对破碎率。

英文摘要:

The particle breakage of granular geomaterials under loading alters the particle-size distribution and further affects their mechanical properties. In order to reveal the effects of stress level on particle breakage, a series of confined compression tests on carbonate sand and quartz sand were conducted to investigate the compressive deformation, the stress-strain relation, the variation of particle-size distribution and the behavior of particle breakage at high compressive stress. A mathematical model was established to describe the relationship between the void ratio, the volumetric strain, the relative breakage and the stress level. Once the fractal distribution of granular geomaterials was caused by the growth of particle breakage with the increases of stress level, the ratio of volumetric strain to relative breakage remained constant. The constant ratio implies that the relative breakage may be estimated from the volumetric strain, and the value of constant ratio of quartz sand is larger than that of carbonate sand. The relationship between the increment of the pore ratio, the volumetric strain, the relative breakage and the stress level can be described respectively with a mathematical model of unified functional pattern if the particle-size distribution becomes fractal. The model can be used to predict the relative particle breakage of geomaterials in the fractal distribution stage based on the model parameters obtained from experiments.

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期刊信息
  • 《岩石力学与工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国岩石力学与工程学会
  • 主编:冯夏庭
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:rock@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87199250
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6915
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1397/O3
  • 邮发代号:38-315
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,中国科协优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:75823