椭圆形与圆形PDC齿破岩有限元仿真对比分析

为了观察椭圆形PDC齿的切削效果,用ABAQUS软件模拟椭圆形PDC齿切削岩石的瞬时切削过程,并提取切削数据与截面面积相同的圆形齿仿真结果进行对比,分析椭圆形齿在切削岩石过程中的优势以及破岩效果。结果表明,在同等切削条件下,前倾角在15~25°之间时,系统对椭圆形PDC齿所输出的功与圆形PDC齿相差不大,但椭圆齿局部最大应力要比圆形齿小得多,椭圆形齿所受的疲劳应力要比圆形齿小,岩石对圆形PDC齿的破坏力较强;用椭圆形PDC齿切削岩石时建议采用前倾角为20~25°之间的值。

非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学响应

为了研究非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学性质,进行了非饱和粗、细颗粒混合土动三轴的离散元数值分析。根据室内动三轴试验结果标定PFC2D接触模型参数,进行非饱和粗、细颗粒混合土动三轴离散元模拟,分析其细观力学机理。结果表明:离散元模拟结果与室内试验结果曲线拟合度基本一致,能较好地反映非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下力学特征。相同含水率条件下,粗、细颗粒混合土的累积动应变随动应力幅值的增加而增大;随围压的增加先小幅度增大后再大幅度减小。孔隙度随动应力幅值的增大而减小;随围压的增大也减小。试样颗粒在剪切过程中,上下端运动速度最大,整体呈现对称递减状,中部运动速度最小。

典型巴东组泥质粉砂岩双轴压缩试验细观组构特征

基于泥质粉砂岩室内双轴压缩试验,建立PFC2D颗粒流数值模型,以此来探究泥质粉砂岩破坏的细观机理。考虑组成泥质粉砂岩试样的颗粒形状,根据电镜扫描图勾选出5种典型颗粒形状,与圆形颗粒一起生成给定孔隙率的稳定数值试样。颗粒间选用平行粘结接触模型,选取弹性模量、泊松比、峰值应力分别对饱和、天然状态的泥质粉砂岩试样进行不同围压下的细观参数标定,然后进行双轴压缩试验模拟,分析试样在双轴压缩试验过程中颗粒法向接触力、切向接触力、配位数、孔隙率等细观组构参数的分布特征和演化规律。试验结果表明:双轴压缩试验的细观参数标定可不考虑抗剪强度指标黏聚力c和内摩擦角Φ值的影响。破坏前后,试样各方向统计范围内都存在法向接触力和切向接触力。围压的存在影响试样的起始配位数、孔隙率和试样破坏后的稳定配位数和孔隙率,对配位数和孔隙率的改变速率影响很小。试样空间孔隙率的演化在一定程度上反映了试样破坏时内部结构的变迁,能更加直观地反映试样的破坏模式。

石英砂岩双轴压缩条件下的微观组构演化规律研究

以石英砂岩室内双轴试验为基础,建立PFC 2D颗粒流数值模型,颗粒间选用平行黏结接触,根据实验所得弹性模量、泊松比、峰值应力对天然、饱和状态下石英砂岩试样进行不同围压下的细观参数标定,最终得到与室内试验基本吻合的应力-应变曲线。分析加载过程中接触力、配位数、孔隙度等细观参数的演化规律,探究石英砂岩破坏机理。结果表明:双轴压缩试验的细观参数标定可不考虑抗剪强度指标c、φ值的影响。破坏前、后,试样各方向统计范围内颗粒间都存在法向接触力和切向接触力。围压的存在影响试样起始配位数、孔隙度,对配位数和孔隙度的改变速率影响很小。研究结果表明:这种数值方法在探寻岩石试样的微观组构演化特征方面是可行的。