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。

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.