基于尺寸效应的粗粒土单颗粒破碎试验及数值模拟

在外荷载等因素作用下,粗粒土易发生颗粒破碎。对泥岩和砂岩颗粒进行了一系列的单颗粒破碎试验,基于尺寸效应和颗粒破碎分形模型,研究了单颗粒破碎强度、破碎能量及Weibull模量等与分形维数间的关系。利用PFC3D对单颗粒破碎过程进行分析,并与试验数据对比,验证了数值程序的可靠性;随后扩展到大颗粒粒径,分析了其单破碎强度及破碎能量。结果表明:在同类试验条件下,不同材料所得的分形维数是不同的;不同粒径砂岩的破碎程度均大于泥岩;单颗粒破碎强度具有明显的尺寸效应;单颗粒破碎强度与破碎能量均可通过分形维数与颗粒粒径预测得出;修正后的Weibull模量也可通过分形维数得出;数值模拟结果与试验结果及预测结果基本一致;大颗粒粒径单颗粒破碎强度模拟结果与预测结果基本一致,破碎能量稍有差异,需进一步试验验证。研究成果可为获取大粒径粗粒土的单颗粒强度与变形特性提供参考。

MICP对钙质砂单颗粒的破碎行为影响研究

作为一种特殊的岩土介质材料,钙质砂具有在低压下易破碎的性质。微生物诱导方解石沉淀(MICP)技术得到了广泛的关注和认可,可用来改善钙质砂的破碎特性。文章从室内试验和离散元模拟两个角度分别对钙质砂颗粒MICP固化前后进行单颗粒压碎试验,通过Weibull分布和SEM扫描等探究了MICP对钙质砂颗粒破碎行为的影响。结果表明:离散元模拟得到的生存概率曲线及Weibull模量m值与试验结果均吻合较好,验证了该数值模型的有效性。与室内试验相比,数值模拟可以精确地反映颗粒的裂纹分布及破碎过程,且可以研究同一颗粒MICP固化前后的情形,弥补了室内实验的不足,但其取决于模型参数的选取;经过MICP固化后的钙质砂颗粒表面有明显的方解石结晶生成,颗粒表面及内孔隙分别得到一定程度的包裹和填充,导致颗粒破碎强度有明显的增强且离散性大大降低,破碎模式由"多峰型"向"单峰型"转变,局部裂纹减少,多以表面磨损和直接产生贯穿裂纹为主。

建筑拆除废弃物再生骨料颗粒破碎与压缩特性

使用回收的建筑拆除废弃物作为无黏结骨料是路面基层/底基层施工的资源节约型、经济型和生态友好型替代方法之一。单个粗集料颗粒的细观强度和压碎特性会对此类再生无黏结集料的宏观强度和变形行为产生重大影响。本文通过单颗粒压碎试验和侧限压缩试验系统地研究了不同粒径和成分的再生骨料的压碎强度和压缩变形特性。试验结果表明,单颗粒破碎强度具有显著的尺寸效应,对于同种类型的再生骨料,破碎应力峰值随颗粒尺寸的增大而减小。此外,采用双曲线函数可以很好地描述侧限压缩过程的应力-应变关系。在相同的垂直应力水平下,随着粒径的增大,垂直应变和屈服应力值分别逐渐增大和减小。最后,采用颗粒破碎指标B_(r)量化了不同垂直应力水平下各粒度范围的颗粒破碎情况。根据破碎指标Br的预测公式的极限值,可得出各粒度范围的极限破碎状态。

钙质砂-石英砂单颗粒破碎-强度-尺寸效应试验研究

南海岛礁岩土工程建设是我国未来南海战略实施的重要支撑,钙质砂作为我国南海岛礁工程建设主要的基础填料和建筑材料,由于特殊的材料来源和形成过程,使其具有多孔性及易破碎性等特点.为揭示钙质砂单颗粒破碎-强度-尺寸效应,对取自南海某岛礁的钙质砂进行不同颗粒粒径的单颗粒破碎试验,并与相同条件下的石英砂单颗粒破碎试验结果进行对比.根据单颗粒破碎试验所得的力-位移关系曲线,分析了钙质砂和石英砂单颗粒破碎模式;利用Weibull分布函数,对钙质砂和石英砂的颗粒破碎强度进行了统计分析;基于尺寸效应,分析了单颗粒破碎强度随颗粒尺寸的变化规律.研究结果表明,钙质砂和石英砂单颗粒破碎模式均可分为三种模式,分别是单峰值点、双峰值点以及多峰值点模式;钙质砂与石英砂单颗粒峰值力随颗粒粒径的增大而增大,破碎强度随颗粒粒径的增大而减小,钙质砂和石英砂单颗粒破碎强度均存在明显的尺寸效应;钙质砂与石英砂单颗粒的破碎能量随颗粒粒径的增大而增大,当颗粒粒径相同时,石英砂单颗粒破碎强度和破碎能量均大于钙质砂单颗粒;Weibull分布函数可用于统计钙质砂和石英砂单颗粒破碎强度,钙质砂和石英砂的Weibull模量分别为2.2和2.97,且可通过Weibull模量获得更大颗粒粒径的破碎强度.研究成果可为揭示钙质砂破碎特性及钙质砂场地工程建设稳定性分析提供理论依据.

矿物颗粒高压破碎的基本规律

本文系统研究了单颗粒破碎的基本规律。单颗粒破碎是指颗粒的受力和破裂是单独进行的,即颗粒之间无相互作用。破碎行为和变形的考察以及与粉碎技术有关的物料特性的研究常借助于单颗粒碎碎这一特殊方法。从某种意义上讲,单颗粒破碎是粉碎技术的基础。单颗粒高压破碎的实质是无边界约束的“微料层”粉碎,粉碎过程可以划分为“预损—碎裂—压实”三个阶段。不同矿物的挤压阻力大小顺序为:方铅矿>绿柱石>石英>黑钨矿>硬水铝石>闪锌矿>萤石。

静载荷作用下颗粒破碎的分形统计规律研究

矿石颗粒外形的不规则、粒度的不均匀等因素致其与破碎设备的实际接触面积无法测定,导致单颗粒破碎时的实际破碎强度无法测定。为解决这一技术难点,对广西某碳酸锰矿石进行了单颗粒破碎及筛分研究,采用分形的方法,从单颗粒破碎后的分形维数入手,建立了单颗粒破碎过程中的实际抗压强度与颗粒粒径、分形维数之间的关系。结果表明:原料、返砂物料的单颗粒破碎后粒径的分形维数存在较大差异,建立了实际抗压强度与颗粒本身的单轴极限抗压强度、颗粒粒径、分形维数之间的函数关系式,利用统计规律有效地解决了工程颗粒实际破碎强度的计算问题。

基于FDEM的岩石颗粒破碎后碎片形状的统计分析

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.

二维颗粒破碎过程的计算机模拟

以材料力学为基础构建单颗粒破碎模型,通过分子动力学方法模拟二维颗粒的破碎过程.结果表明:最终的颗粒大小分布为幂律分布,其分形维数为1.1,与实验结果相符,表明颗粒的破碎是一分形过程.

钙质粗粒料颗粒强度和压缩特性的试验研究

目前对钙质土压缩特性的研究主要集中在钙质细砂,而实际工程中广泛存在钙质粗粒料,因此对钙质粗粒料压缩特性开展研究具有重要意义。通过颗粒强度测定仪和全自动大型固结仪对钙质土进行了单颗粒破碎试验和一维压缩试验,研究了颗粒粒径和相对密度对钙质粗粒料的颗粒强度和压缩特性的影响。单颗粒试验结果表明,钙质砂单颗粒的特征应力随着颗粒相对密度的增大而增大;单颗粒的破碎强度具有明显的尺寸效应,可利用单颗粒的特征应力进行标准化,且服从Weibull分布。压缩试验结果表明,单一粒径试样破碎后的分形维数随颗粒粒径的增大而增大;试样的Hardin破碎率与塑性功的关系为幂函数关系;在本次试验条件下,单一粒径试样的屈服应力与单颗粒的特征应力存在近似线性关系。

硅破碎技术的比较研究

介绍了料层破碎和单颗粒破碎工艺,比较了颚式破碎机和反击破碎机的技术性能和实践效果,认为在硅制粉现行工艺上,反击破碎机的粉碎效果优于颚式破碎机。

橡胶低温破碎条件的突变分析

介绍了突变理论的发展和突变理论基本概念 ,结合橡胶低温破碎的特点 ,以速度和温度作为控制变量 ,确定了橡胶单颗粒的尖点突变模型 ,在突变行为曲面上阐述了颗粒破碎机理 ,构造破碎状态变量z =n-(xe/D0 ) 。根据橡胶单颗粒低温冲击破碎的试验结果 ,拟合了破碎行为曲面 ,得到相应的分歧点集 。

齿板碎矿过程与齿距对破碎性能的影响

根据颚式破碎机的工作特点,应用数值模拟技术,采用脆性开裂材料模型建立三维模型。以朗金准则作为开裂探测原理,模拟和分析单颗粒物料在齿板作用下发生的破碎行为,获得单因素条件下齿距对破碎的影响,验证数值模拟方法研究物料动态破碎的可行性。模拟结果表明:单颗粒物料在单向压缩条件下破碎过程可分为断裂渐变期和断裂突变期,渐变期包含压实阶段及微裂纹萌生和拓展阶段;在其他齿形参数不变的情况下,齿板最大反作用力和最大应力随着齿距增加而增加,最大应力主要出现在齿顶圆角和齿根处,物料的裂解效果随着齿距增加而改善。基于灰色理论得到齿距和性能参数的关联度以及单因素条件下的最优齿距。

高压辊磨机料层分布对破碎效果影响的数值试验

为了研究高压辊磨机料层分布对破碎效果的影响,利用岩石破裂过程分析系统RFPA2D建立了高压辊磨机单层颗粒破坏与料层破坏的数值模型,分别探讨了高压辊磨机单层颗粒和料层多颗粒破碎的机理。数值模拟结果表明:高压辊磨机料层分布对破碎效果影响明显,其中高压辊磨机破碎料层颗粒时,在料层中间的矿石产生的破坏单元数相对较多;而单层颗粒破碎效率较低,辊面磨损较高,破坏单位体积能耗较高。因此,为了获得较高的破碎效率和节能效果,在设计高压辊磨机料层分布时应考虑对多颗粒矿石的破碎行为。

ZNdp辊筒粒料破碎机关键技术研究

本项目辊筒粒料破碎机是根据“料层粉碎理论”设计。“料层粉碎理论”指单颗粒破碎时，在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显地产生二次破碎，一次破碎的碎片具有的动能占全部破碎能量的45％。如能充分利用二次破碎能量，则可提高破碎效率。较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎物料。