偏心率对颗粒介质次生各向异性的影响

颗粒介质的细观组构各向异性与宏观力学特性有密切的跨尺度联系,而颗粒形态特征对其组构各向异性的演化又起着重要的作用。除了颗粒的球度、棱角度、粗糙度以外,作者关注到颗粒形态特征中的偏心也是一个重要的影响因素,而至今很少有关于它的研究。本文采用所在团队自编的非球离散元程序SudoDEM构建了基于扩展超级椭球的偏心颗粒模型,开展了不同偏心颗粒的真三轴剪切模拟,探究偏心率对颗粒介质次生各向异性的影响,进而揭示颗粒介质宏观力学响应的细观机理。结果表明:细观组构各向异性随偏心率增大呈不同程度发展,共同承担着宏观抗剪强度的提升,同时配位数更大,滑动接触比例更高,接触力网格不均匀性也愈明显,这主要因为颗粒偏心增强了颗粒间的互锁咬合;法向接触力在次生各向异性中权重最大,法向支向量各向异性可忽略不计,切向接触力与切向支向量的各向异性受颗粒偏心影响较为敏感,在偏心颗粒试样中对强度贡献不可忽略;因偏心率而提高的弱接触、滑动接触比例间接导致了法向接触力各向异性向切向接触力各向异性转化。