堆石料颗粒破碎强度的尺寸和形状效应隐式离散元研究

采用隐式离散元法(DEM),亦称非光滑接触动力学(NSCD)法,模拟了堆石料单颗粒的一维压缩破碎过程。采用多面体颗粒近似真实堆石料颗粒的不规则棱角状形状,并通过Voronoi空间划分将母颗粒离散成若干多面体子颗粒,子颗粒间通过接触面上的内聚力模型(CZM)胶结发生相互作用,胶结断裂则可反映颗粒的破碎过程,可避免传统DEM中常用的碎片替代法和胶结小球法的缺点。首先使用巴西劈裂试验获得CZM参数,其后开展了不同粒径颗粒的一维压缩试验,结果表明颗粒破碎强度服从Weibull分布,且破碎强度大小和变异性均随着颗粒尺寸的增大而减小。还进一步模拟了不同形状颗粒的压缩试验,发现颗粒形状与加载方向均对颗粒破碎强度有显著影响。长轴方向加载破碎强度通常最低,且在相同等效粒径下,球状、椭球状、扁平状颗粒的平均破碎特征强度依次降低。